Obwohl die mRNA-COVID-19-Impfstoffe von Pfizer-BioNTech und Moderna bei der Vorbeugung schwerer Erkrankungen bei Erwachsenen und Kindern, einschließlich immungeschwächten Personen, sicher und wirksam sind, haben Forscher festgestellt, dass diese Impfungen bei jüngeren Personen weiterhin am effizientesten und wirksamsten sind als bei älteren Erwachsene.
Forscher am College of Medicine der Drexel University und der Perelman School of Medicine an der University of Pennsylvania untersuchten die Rolle von Lipid-Nanopartikeln oder LNPs – einer lebenswichtigen Komponente dieser Impfstoffe, die die mRNA-Fracht an Zellen liefert, einschließlich an Zellen des angeborenen Immunsystems (oder Antwortzellen).
Laut einem kürzlich veröffentlichten Artikel in der Zeitschrift Kommunikationsbiologiezeigten diese Forscher, dass LNPs in der Lage sind, angeborene Immunzellen von alten und jungen Menschen zu stimulieren, jedoch effizienter bei jüngeren Menschen.
Die mRNA-basierten COVID-19-Impfstoffe – die bereits 2021 grünes Licht von der US-amerikanischen Food and Drug Administration und der European Medicine Agency erhalten haben – verwenden Boten-RNA, die Zellen anweist, Proteine herzustellen. Die mRNA-Technologie hinter diesen Impfstoffen wurde bei Penn Medicine entwickelt.
Im Fall von COVID-19-Impfstoffen weist die mRNA die Zellen an, das SARS-CoV-2-Spike-Protein, einen Bestandteil des Virus, herzustellen, um dem Immunsystem zu helfen, es zu erkennen und Antikörper aufzubauen, um das Virus anschließend zu bekämpfen und zu neutralisieren Infektion.
Obwohl scheinbar einfach, beruhen diese Impfstoffe auf einer kritischen Verpackung aus Lipiden (fettähnlichen Molekülen), um die mRNA zu schützen und in die Zellen zu transportieren. Die Verpackung besteht aus Lipid-Nanopartikeln. Diese LNPs bestehen normalerweise aus vier Arten von Lipiden, einschließlich eines Lipids, das unter leicht sauren Bedingungen positiv geladen wird, um die Verpackung der negativ geladenen mRNA während der Impfstoffherstellung zu ermöglichen.
Andere Bestandteile von LNPs sind Cholesterin – dasselbe, das in unserem Körper und in Lebensmitteln vorkommt – und andere Moleküle, die helfen, Struktur zu geben und die Partikel stabil zu halten. Sobald LNPs in Zellen eindringen, setzen sie die mRNA frei.
Ohne LNPs gäbe es keinen mRNA-Impfstoff gegen COVID-19 oder Infektionskrankheiten wie Respiratory Syncytial Virus (RSV), Cytomegalovirus (CMV) und andere.
In ihrer Studie untersuchte das Forscherteam die Wirkung von LNPs anhand von Zellkulturen menschlichen Ursprungs. Die Forscher separierten Immunzellen, sogenannte Monozyten, aus dem Blut von 18 gesunden erwachsenen Spendern im Alter zwischen 25 und 75 Jahren.
„Die adjuvantierte Wirkung des mRNA-basierten Impfstoffs wird hauptsächlich durch ionisierbare Lipide im LNP geliefert“, sagte der leitende Autor Elias El Haddad, Ph.D., Professor am College of Medicine. „Wir fanden heraus, dass leere LNPs, also solche ohne mRNA, die Reifung dendritischer Zellen stimulieren – während der sich Zellen von der Verarbeitungsphase verändern, um die Signalwege des angeborenen Immunsystems zu stimulieren, die bei älteren Erwachsenen über 65 Jahren im Vergleich zu jüngeren Erwachsenen weniger effizient sind.“
Diese neuen Erkenntnisse bestätigen vorherige Daten von Co-korrespondierendem Autor Mohamad-Gabriel Alameh, Ph.D., einem Direktor des Engineered mRNA and Targeted Nanomedicine Core bei Penn Medicine, dass ionisierbare Lipide die Wirksamkeit von Impfstoffen steigern. Die Autoren untersuchten die Wirkung dieser LNPs auf angeborene Immunzellen des Menschen und zeigten Unterschiede zwischen alten und jungen Erwachsenen.
Die Forscher sagen, dass LNPs ein wichtiger Faktor in mRNA-basierten Impfstoffen sind, die bei der Initiierung der Impfstoffantwort helfen. Eine weniger effiziente Reaktion auf LNPs bei älteren Erwachsenen könnte eine reduzierte Impfreaktion bei diesen Personen erklären und die Notwendigkeit hervorheben, diese Reaktionen in der älteren Bevölkerung zu verbessern.
„Geringere oder weniger effiziente Immunantworten auf Impfstoffe bei älteren Menschen haben nichts mit der Impfstoffplattform zu tun“, sagte Alameh. „Es stammt von Entzündungen, Stoffwechselaktivitäten und Genetik.“
Die Autoren betonen, dass das Verständnis der Immunantworten auf LNPs und andere in Impfstoffen verwendete Adjuvantien in der älteren Bevölkerung von entscheidender Bedeutung ist, da dies dazu beitragen kann, Strategien zur Verbesserung von Impfstoffen für die ältere Bevölkerung oder sogar maßgeschneiderte Impfstoffe anzubieten, die spezifisch für die ältere Bevölkerung sind.
Die neueste Forschung folgt früheren Arbeiten von El Haddad und Kollegen, die sich auf die Entwicklung von Substanzen zur Verbesserung der Immunantwort auf Impfstoffe bei älteren Erwachsenen gegen eine andere Virusinfektion, HIV, konzentrierten. 2019 veröffentlichten El Haddad und Kollegen a lernen Identifizierung einer Substanz namens Adenosin-Desaminase-1, die sie patentiert haben, und der Rolle, die sie bei der T-Zell-Funktion bei Erwachsenen mit HIV spielt.
„Wenn eine Pandemie kommt, versuchen Sie immer, sich zu drehen und besser zu verstehen, wie Sie Ihre Erfahrung einsetzen können, um bessere Impfstoffe für neue Krankheiten zu entwickeln“, sagte El Haddad. „Als wir sahen, dass die Immunantwort bei älteren Personen auf den Impfstoff weniger effizient war als bei jüngeren Personen, haben wir uns das Verabreichungssystem angesehen – das LNP, das auch der adjuvante Teil des Impfstoffs ist, um zu verstehen, welche Auswirkungen das hat die Effizienz von LNP.“
El Haddad sagte, der nächste Schritt in der Forschung bestehe darin, die adjuvante Wirkung des LNP zu verbessern, um die Wirksamkeit jeder Dosis zu verbessern. Das Team arbeitet derzeit an mehreren Strategien, einschließlich der Ergänzung des LNP mit einem eigenen Adjuvans, um zu sehen, ob es bei älteren Menschen genauso effizient ist wie bei jüngeren.
„Der Bedarf an besseren Impfstoffplattformen wird in den kommenden Jahren wahrscheinlich nur zunehmen, da neue Infektionskrankheiten zusammen mit neuen Möglichkeiten für mRNA-Impfstoffe auftauchen“, sagte die Hauptautorin Jennifer Connors, Ph.D., die während ihrer Promotion an der Forschung beteiligt war am Drexel College of Medicine und arbeitet jetzt in der pharmazeutischen Industrie. „Jahrzehntelange Forschung zu mRNA-Impfstoffen führte zu den COVID-Impfstoffen, und die kommenden Jahrzehnte der Forschung werden unglaubliche Impfstofffortschritte zur Bekämpfung von Krankheiten, einschließlich Krebs, hervorbringen.“
Mehr Informationen:
Jennifer Connors et al, Lipid-Nanopartikel (LNP) induzieren die Aktivierung und Reifung von Antigen-präsentierenden Zellen bei jungen und alten Menschen, Kommunikationsbiologie (2023). DOI: 10.1038/s42003-023-04555-1