Impfstoff aus dem Nano-Labor

Seit 200 Jahren schützen Lebend-Impfstoffe vor Infektionen, doch sie bergen auch Risiken. Jetzt rücken erste synthetische Substanzen in Reichweite, die sicherer, wirksamer und schneller herstellbar sind.

Im Jahr 1796 ritzte der englische Landarzt Edward Jenner die Haut auf der Hand des achtjährigen James Phipps an und infizierte ihn dabei mit Kuhpockenviren. Der Mediziner hoffte, den Jungen so vor der tödlichen menschlichen Pockenvariante zu schützen und gleichzeitig eine These zu belegen: Einmal infiziert, bleibt der Mensch fortan gegen den Erreger immun. Jenner hatte beobachtet, dass Melkerinnen, die mit der – für Menschen harmlosen – Kuhpockenvariante infiziert waren, an der gefährlichen Sorte gar nicht oder nur leicht erkrankten. Um das zu prüfen, verpasste der Arzt einige Wochen später dem Jungen kaltblütig die menschlichen Pocken. Das Kind hatte Glück und überlebte. Jenner gilt seither als Erfinder der Impfung, einer der erfolgreichsten medizinischen Innovationen aller Zeiten. Sogar ihr Fachbegriff "Vakzin" für Impfstoff leitet sich vom lateinischen Wort für Kuh – vacca – ab. Doch die Technik, mit der Impfstoffe hergestellt werden, hat sich seit 200 Jahren wenig verändert.

Zwar müssen keine Erkrankten mehr als Wirte für die Vermehrung der Erreger herhalten, doch die Impfstoffe werden immer noch zeitraubend in lebenden Kulturen wie Hühnereiern und Zellkulturen gezüchtet; und noch immer bestehen sie aus lebenden, abgetöteten oder Bruchstücken von Mikroben. Mediziner träumten deshalb schon lange von der Möglichkeit, Impfstoffe ähnlich wie Medikamente schnell und günstig chemisch zu synthetisieren – und die Millionstel Millimeter kleinen Viren gar mithilfe von Nanotechnik so nachzubauen, dass sie nur die Vor-, nicht aber die Nachteile der Erreger besitzen.

"Viren sind im Grunde nichts anderes als Nanopartikel", sagt Ulrich von Andrian, Immunologe an der Harvard University in Cambridge nahe Boston. "Das Immunsystem ist auf ihre Erkennung spezialisiert, denn normalerweise geht von ihnen die Gefahr aus." Der deutsche Forscher ist einer der Gründer der Bostoner Biotech-Firma Selecta Biosciences, die künstliche Impfpartikel entwickelt. Die Selecta-Forscher sind zuversichtlich, dass ihre Impfstoffe einen besseren und ungefährlicheren Immunschutz auslösen als solche, die auf natürlichen Viren basieren. Die bislang wirksamsten Impfstoffe mit abgeschwächten lebenden Erregern bergen nämlich für Menschen mit geschwächtem Immunsystem ein Erkrankungsrisiko. Neuere Impfstoffe, die nur noch aus gentechnisch nachgebauten Hüllproteinen der Erreger bestehen, schützen wiederum oft nicht gut genug, weil diese Stoffe vom Immunsystem offenbar als weniger gefährlich eingestuft werden als intakte Viren. Die Technik für die künstlichen Impfpartikel von Selecta stammt aus dem Labor des renommierten Chemikers Robert Langer vom Massachusetts Institute of Technology (MIT): Mit Langers Methode können aus den Plastikpolymeren Polylactid-co-Glycolid (PLGA) und Polyethylenglycol (PEG) Nanokügelchen hergestellt werden, die in ihrem Inneren und auf ihrer Oberfläche jeden gewünschten Stoff transportieren.

Bislang wurden Langers Nanopartikel vor allem beim Wirkstofftransport zu erkrankten Organen getestet – im Inneren der verpackte Wirkstoff, auf der Oberfläche Ankermoleküle, die nur im defekten Gewebe hängen bleiben. Gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Omid Farokhzad und dessen langjährigem Freund von Andrian kam der Chemiker jedoch zu dem Schluss, dass sich die virenähnlichen Nanopartikel ebenso gut als Impfstoffe eignen könnten und dass sich, um die Entwicklungsarbeit voranzutreiben, die Gründung eines Unternehmens lohnen würde. Ihr Ziel: die Schutzwirkung von Vakzinen gezielt zu optimieren und sie schnell und in großen Mengen zu produzieren.

"Wir können zum Beispiel mehrere Antigene gleichzeitig auf die Oberfläche der Partikel setzen – Proteine, Oligosaccharide, also kurze Zuckerketten, aber auch synthetische Stoffe, die das Immunsystem besonders alarmieren", erklärt Lloyd Johnston, Vizepräsident und Forschungs- und Entwicklungschef von Selecta. Es können auch molekulare Lotsen an die Partikel angebaut werden, die dafür sorgen, dass die Partikel in die Lymphknoten transportiert werden, die Schaltzentralen des Immunsystems. Das reduziert gegenüber herkömmlichen Impfstoffen, von denen nur ein Teil zufällig dorthin gelangt, die benötigte Menge. Mit der Langer-Technologie kann Selecta beliebig viele Virus-Doubles herstellen.

"Außerdem können wir die Menge der Antigene auf der Oberfläche und der Wirkverstärker im Inneren des Partikels variieren, bis wir die optimal wirksame Mischung haben." Dutzende verschiedene Partikel lassen sich so pro Tag testen. Von den derart frisierten Nano-Impfstoffen erhofft sich Selecta einen besonders starken und besonders lang anhaltenden Impfschutz. Rund 700 unterschiedliche Partikelversionen hat Selecta im letzten Jahr auf denkbar einfache Weise hergestellt: "Im Grunde mischen wir nur ein paar Lösungen in unterschiedlichem Verhältnis zusammen", sagt Johnston.

Im nächsten Jahr will Selecta den ersten synthetischen Impfstoff in der Klinik testen – gegen welche Erkrankung ist noch offen. Dann wird sich auch herausstellen, ob synthetische Impfstoffe sicher sind. Von Andrian erwartet keine unangenehmen Überraschungen, weil die verwendeten Polymere PEG und PLGA bereits seit Jahrzehnten in der medizinischen Versorgung eingesetzt werden, zum Beispiel als sich auflösende Fäden beim Vernähen von Wunden. Im Gegenteil: Nano-Impfungen, die nur ein Antigen oder wenige einsetzen, könnten sogar sicherer und nebenwirkungsärmer sein als bisherige Impfungen, bei denen die Körperabwehr mit unzähligen Antigenen lebender oder zerstückelter Erreger überschwemmt wird. Denn da sich die Nanopartikel nicht selbst vermehren können, können sie laut den Forschern auch keine Infektion hervorrufen. (bsc)