Nanotechnologie der Covid-19-Vakzinen

Die Covid-19-Impfstoffe unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von den meisten Impfstoffen, die bisher therapeutisch eingesetzt wurden. Gemäß Europäischem Arzneibuch sind Impfstoffe für Menschen Zubereitungen, die Antigene enthalten, die eine spezifische, aktive Immunität beim Menschen gegen das infizierende Agens oder das von ihm gebildete Toxin oder Antigen induzieren (Ph.Eur. 0153) (1). Langjährig etablierte Impfstoffe beinhalten immunogene Bestandteile wie ganze Mikroorganismen oder aus Mikroorganismen extrahierte Komponenten als Antigene. Daneben findet man in »klassischen Impfstoffen« Hilfsstoffe wie Adsorbenzien als Adjuvanzien oder Konservierungsmittel. Bei gefriergetrockneten Impfstoffen können weitere Hilfsstoffe wie Gerüstbildner und Kryoprotektoren zugesetzt werden, um eine Rekonstitution des jeweiligen Produkts zu erleichtern.

Im Gegensatz zu diesen klassischen Impfstoffen basieren die aktuell zugelassenen Covid-19-Impfstoffe nicht auf Antigenen selbst, sondern beinhalten als Wirkstoffe Boten-RNA (mRNA) oder DNA, die für das Spike-Protein des SARS-Coronavirus-2 kodieren. Die nukleosidische Struktur der Wirkstoffe stellt besondere Anforderungen an die Impfstoff-Formulierung. RNA und DNA haben einen intrazellulären Wirkort, sind aber aufgrund ihrer anionischen Polymerstruktur nicht in der Lage, die Zellmembran zu überwinden, um diesen Wirkort zu erreichen. Vielmehr sind sie auf Trägersysteme angewiesen, die einen Wirkstofftransport über die gleichfalls negativ geladene Membranstruktur ermöglichen.

Erschwerend kommt bei nukleosidischen Wirkstoffen hinzu, dass sie recht empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen sind. Dazu zählen Scherkräfte und Grenzflächeneffekte, die beispielsweise beim Schütteln entsprechender Substanzlösungen wirken. Die eingesetzten Trägersysteme müssen die verpackten nukleosidischen Wirkstoffe auch vor diesen Einflüssen schützen.

Transportsysteme, die alle diese Anforderungen erfüllen, sind Lipidnanopartikel (LNP) und Liposomen in der kolloidalen Größenordnung, also im sogenannten Nanometerbereich. Die aktuellen Vakzinen stellen somit eine pharmazeutische Anwendung der Nanotechnologie dar.