23/02/2011 - Neue Entwicklungen bei Nanoimpfstoffen

Menéame

Die MIT-Ingenieure haben eine neue Art von Nanopartikeln entwickelt, die sicher und effektiv Impfstoffe für Krankheiten wie HIV und Malaria liefern können.

Die neuen Teilchen, die in der Ausgabe vom 20. Februar von Nature Materials beschrieben werden, bestehen aus fetthaltigen konzentrischen Kugeln, die zu synthetischen Versionen von Proteinen führen können, die normalerweise durch Viren produziert werden. Diese synthetischen Partikel verursachen eine starke Immunantwort - vergleichbar mit der durch Lebendimpfstoffe - aber sie müssen viel sicherer sein, sagt Darrell Irvine, Autor des Artikels und Dozent für Materialwissenschaften und biologische Technik.

Diese Partikel könnten Wissenschaftlern helfen, Impfstoffe gegen Krebs und andere Infektionskrankheiten zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern am Walter Reed Army Institute of Research, Irvine, und seinen Studenten testen sie die Fähigkeit von Nanopartikeln, einen Versuchsimpfstoff gegen Malaria bei Mäusen anzubieten.

Impfstoffe schützen den Körper durch die Exposition gegenüber einem Infektionserreger, der das Immunsystem auf schnelle Reaktion vorbereitet, wenn er mit dem neuen Erreger konfrontiert ist. In vielen Fällen, wie zum Beispiel bei Impfstoffen gegen Polio und Pocken, wird eine Form des Todes oder der Behinderung des Virus verwendet. Andere Impfstoffe wie der Diphtherie-Impfstoff bestehen aus einer synthetischen Version eines Proteins oder eines anderen Moleküls, das normalerweise vom Erreger hergestellt wird.

Bei der Gestaltung eines Impfstoffs versuchen Wissenschaftler, mindestens einen der beiden wichtigsten Spieler des menschlichen Körpers in der Immunantwort zu provozieren: T-Lymphozyten, die Körperzellen angreifen, die mit einem Krankheitserreger infiziert sind, oder B-Zellen, die Antikörper gegen diese Zielviren oder Bakterien im Blut und anderen Körperflüssigkeiten absondern.

Bei Krankheiten, bei denen der Erreger in der Regel innerhalb der Zellen bleibt, wie HIV, ist eine starke Reaktion einer T-Zellenart, die als "Mörder" der T-Zellen bekannt ist, erforderlich. Die beste Möglichkeit, diese Zellen in Aktion zu bringen, ist die Verwendung eines toten oder infizierten Virus, aber das kann nicht mit HIV geschehen, weil es schwierig ist, das Virus harmlos zu machen.

Um die Gefahr des Einsatzes von Lebendimpfstoffen zu vermeiden, arbeiten Wissenschaftler an synthetischen HIV-Impfstoffen und anderen viralen Infektionen wie Hepatitis B. Allerdings sind diese Impfstoffe in der Zwischenzeit sicherer und führen nicht zu einer sehr starken T-Zell-Reaktion. Kürzlich haben Wissenschaftler versucht, die Impfstoffe in Fetttropfen namens Liposomen passen, die helfen könnte, T-Zellantworten durch eine Verpackung des Proteins in einem Virus-ähnliche Partikel zu fördern. Diese Liposomen haben jedoch eine geringe Stabilität im Blut und in Körperflüssigkeiten.

Irvine, Mitglied des MIT und David H. Koch vom Integralen Institut für Krebsforschung haben beschlossen, auf dem Ansatz von Liposomen für die Verpackung von vielen Tröpfchen zusammen in konzentrischen Sphären zu bauen. Sobald die Liposomen verschmelzen, sind die adjazenten Wände der Liposomen chemisch "geklebt," wodurch die Struktur stabiler und weniger wahrscheinlich ist, dass sie nach der Injektion sehr schnell zerfällt. Sobald die Nanopartikel jedoch von einer Zelle absorbiert werden, werden sie schnell abgebaut, was den Impfstoff freisetzt und eine Reaktion von T-Zellen verursacht.

In Tests an Mäusen benutzten Irvine und seine Kollegen Nanopartikel, um ein Protein namens Eieralbumin zu liefern, ein Eiweiß der Eiweiße, das in Immunologie- und Biochemiestudien verwendet wird, weil Werkzeuge zur Verfügung stehen, um die Immunantwort auf dieses Molekül zu verfolgen. Sie fanden heraus, dass diese drei niedrigen Dosen des Impfstoffes eine starke T-Zell-Reaktion nach der Immunisierung hervorriefen - bis zu 30 Prozent aller T-Zellen, die bei Mäusen getötet wurden, waren spezifisch für das Protein des Impfstoffes.

Das ist eine der stärksten T-Zellen-Antworten, die durch das Protein eines Impfstoffes erzeugt werden, und vergleichbar mit starken Viren-Impfstoffen, aber ohne die Sicherheit von lebenden Viren, sagt Irvine. Es ist wichtig zu betonen, dass Partikel auch eine starke Antikörperreaktion auslösen. Niren Murthy, Professor am Georgia Institute of Technology, sagt, dass die neuen Teilchen "ein ziemlich großer Fortschritt" sind, obwohl er sagt, dass weitere Experimente erforderlich sind, um zu beweisen, dass sie bei Menschen eine Immunantwort auf die menschliche Krankheit auslösen können. "Es gibt auf jeden Fall genügend Potenzial, das es wert ist, mit anspruchsvolleren und kostspieligeren Experimenten zu erforschen," sagt er.

Neben den Malariastudien mit Wissenschaftlern am Walter Reed arbeitet Irvine auch an der Entwicklung von Nanopartikeln zur Lieferung von Impfstoffen gegen Krebs und HIV-Impfstoffen. Die Übersetzung dieses HIV-Ansatzes erfolgt in Zusammenarbeit mit Kollegen des Ragon Institute am MIT, Harvard und dem Massachusetts General Hospital. Das Institut, das diese Studie gemeinsam mit der Gates-Stiftung, dem Verteidigungsministerium und den nationalen Gesundheitsinstituten finanzierte, wurde 2009 mit dem Ziel gegründet, einen Impfstoff gegen HIV zu entwickeln.

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