Eine neue Klasse von Impfstoffen auf Nanopartikelbasis könnte helfen, gegen Krebs zu immunisieren

Eine Impfung als Tumortherapie – mit einem individuell aus der Gewebeprobe eines Patienten hergestellten Impfstoff, der das körpereigene Immunsystem an Krebszellen „anheftet“. Die Grundlage für diese langfristige Vision hat nun ein Forscherteam des MPI für Polymerforschung und der Universitätsmedizin Mainz, insbesondere der Abteilungen für Immunologie und Dermatologie, geschaffen. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht ACS-Nano.

„Wir haben eine neue Klasse von Impfstoffen implementiert, die eine effiziente Alternative zu mRNA-Impfstoffen darstellen könnte“, sagt Prof. Dr. Lutz Nuhn, bisher Gruppenleiter in der Abteilung von Tanja Weil am MPI für Polymerforschung und kürzlich zum Professor für Makromolekulare Chemie berufen an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Das ist zum Beispiel für Menschen wichtig, in deren Körper die Produktion von Proteinen durch die Impfung mit mRNA-Impfstoffen – also solche, die teilweise gegen Corona eingesetzt werden – gestört wird und bei denen diese Impfstoffe daher nur begrenzt wirken.

Der Hauptgrund ist jedoch, dass, wenn Impfstoffe gegen Krebs eines Tages zur Norm werden sollen, verschiedene wirksame Strategien erforscht werden müssen, um bestimmte Immunzellen mit wichtigen Schlüsselinformationen zu versorgen.

Antigen plus Immunaktivator gekoppelt an Nanopartikel

Die neuartige Impfstoffklasse besteht aus zwei Komponenten: Zum einen dem Antigen, das für die Tumorzelle spezifisch ist und vom Immunsystem sozusagen als „Feind“ erkannt werden soll, und zum anderen dem Immunaktivator – einem „Stinger“. „Das rüttelt das Immunsystem auf.

Als Immunaktivator verwenden die Forscher das Derivat eines chemischen Moleküls, das von Sunil A. David in den USA entdeckt wurde und bereits erfolgreich im indischen Corona-Impfstoff Covaxin eingesetzt wird. An sich ist dieses Molekül zu aktiv und potent und würde im ganzen Körper heftige Entzündungsreaktionen hervorrufen. Das Forscherteam befestigt es deshalb an einem Träger – genauer gesagt an Nanopartikeln auf Polymerbasis, die eine gelartige Konsistenz haben, biologisch abbaubar sind und die Wirkung des Immunaktivators lokal begrenzen. Diese nanoskaligen Materialien mit Durchmessern von weniger als 100 Nanometern haben etwa die Größe von Viren – die Zellen des Immunsystems erkennen sie daher sehr gut, fressen sie und erwachen so aus ihrem Ruhezustand. Die Nanopartikel eröffnen somit einen direkten Weg ins Immunsystem. Und: „Durch die Bindung an Nanopolymere konnten wir die Immunantwort auf das gewünschte Maß drosseln“, erklärt Nuhn.

Der Impfstoff tötet gezielt Tumorzellen ab

Damit der Impfstoff den Tumor angreift, muss man wissen: Was unterscheidet Tumorgewebe von gesundem Gewebe – also welche spezifischen Antigene findet man auf dem Krebs? Dies kann durchaus patientenspezifisch sein. „Wird ein Tumor im Frühstadium diagnostiziert, beginnt ein Wettlauf mit der Zeit, um möglichst schnell den patientenspezifischen Impfstoff herzustellen“, erklärt Nuhn.

Um die neuen Impfstoffklassen zu entwickeln, verwenden die Forscher zunächst ein Modellantigen. Sie haben verschiedene Tumore erzeugt, die dieses Modellantigen tragen – entweder auf der Oberfläche oder im Inneren. Erste Studien sind vielversprechend; die durch den Impfstoff aktivierten T-Zellen töten nur Tumorzellen, die das Antigen auf ihrer Oberfläche oder sogar im Inneren tragen. Gesundes Gewebe hingegen wird nicht beeinträchtigt. „Der polymerbasierte Nanocarrier ist ein hilfreicher Werkzeugkasten, um antigenspezifische Impfstoffe weiter zu evaluieren und weitere impfstoffbasierte Therapiekonzepte gegen Krebs zu entwickeln“, sagt Nuhn. Eines muss jedoch gesagt werden: Bis solche Impfstoffe Tumorpatienten heilen können, sind noch einige Jahre weiterer Forschung nötig. Auch wird es nicht möglich sein, alle Krebsarten mit einem Impfstoff zu bekämpfen.