Kampf gegen COVID: Triangle-Forscher entwickeln potenziellen inhalierbaren Impfstoff

Forscher haben einen inhalierbaren COVID-19-Impfstoff entwickelt, der bei Raumtemperatur bis zu drei Monate haltbar ist, gezielt und effektiv auf die Lunge wirkt und sich die Selbstverabreichung über einen Inhalator ermöglicht.

Die Forscher stellten außerdem fest, dass der Verabreichungsmechanismus dieses Impfstoffs – ein aus der Lunge stammendes Exosom namens LSC-Exo – die Schleimhaut der Lunge wirksamer umgeht als die derzeit verwendeten Nanopartikel auf Lipidbasis und dass er wirksam mit Impfstoffen auf Proteinbasis eingesetzt werden kann.

Ke Cheng, Randall B. Terry Jr. Distinguished Professor für Regenerative Medizin an der NC State und Professor am NC State/UNC-Chapel Hill Joint Department of Biomedical Engineering, leitete zusammen mit Kollegen von UNC-Chapel Hill und der Duke University die Entwicklung des Impfstoffprototyps vom Proof-of-Concept bis zum Tierversuch.

„Bei der Verabreichung des Impfstoffs gibt es mehrere Herausforderungen, die wir angehen wollten“, sagt Cheng. „Erstens gelangt der Impfstoff bei intramuskulärer Verabreichung weniger effizient in die Lunge, was seine Wirksamkeit einschränken kann. Inhalative Impfstoffe würden ihren Nutzen gegen COVID-19 erhöhen.“

„Zweitens erfordern mRNA-Impfstoffe in ihrer aktuellen Formulierung eine Kühllagerung und geschultes medizinisches Personal, um sie zu verabreichen. Ein Impfstoff, der bei Raumtemperatur stabil ist und sich selbst verabreichen lässt, würde die Wartezeiten für Patienten erheblich verkürzen und die Ärzteschaft während einer Pandemie entlasten. Allerdings muss der Verabreichungsmechanismus neu formuliert werden, damit er durch Inhalation funktioniert.“

Um den Impfstoff direkt in die Lunge zu transportieren, verwendeten die Forscher Exosomen (Exo), die aus Lungensphäroidzellen (LSCs) abgesondert wurden. Exosomen sind Vesikel in Nanogröße, die seit Kurzem als hervorragendes Mittel zur Arzneimittelabgabe gelten.

Zunächst untersuchten die Forscher, ob LSC-Exo in der Lage ist, Protein- oder mRNA-„Ladungen“ durch die Lunge zu transportieren. Die Forscher verglichen die Verteilung und Retention von LSC-Exo mit Nanopartikeln, die Lipid-Nanopartikeln ähneln, die derzeit bei mRNA-Impfstoffen verwendet werden. In einem Artikel in Extrazelluläres Vesikel, zeigten die Forscher, dass aus der Lunge gewonnene Nanopartikel bei der Abgabe von mRNA und Proteinfracht an Bronchiolen und tiefes Lungengewebe wirksamer waren als synthetische Liposompartikel.

Als nächstes entwickelten und testeten die Forscher einen inhalierbaren, proteinbasierten VLP-Impfstoff (Virus-like Particle), indem sie die Außenseite von LSC-Exo mit einem Teil des Spike-Proteins – der sogenannten Rezeptorbindungsdomäne (RBD) – verzierten SARS-CoV-2-Virus. Ein Artikel, der die Forschung beschreibt, ist veröffentlicht in Naturbiomedizinische Technik.

„Impfstoffe können auf verschiedene Weise wirken“, sagt Cheng. „Zum Beispiel liefern mRNA-Impfstoffe ein Skript an Ihre Zelle, das sie anweist, Antikörper gegen das Spike-Protein zu produzieren. Dieser VLP-Impfstoff hingegen führt einen Teil des Spike-Proteins in den Körper ein und regt so das Immunsystem an, Antikörper gegen das Spike-Protein zu produzieren.“

In Nagetiermodellen löste der mit RBD dekorierte LSC-Exo-Impfstoff (RBD-Exo) die Produktion von RBD-spezifischen Antikörpern aus und schützte die Nagetiere nach zwei Impfdosen vor einer Infektion mit lebendem SARS-CoV-2. Darüber hinaus blieb der RBD-Exo-Impfstoff drei Monate lang bei Raumtemperatur stabil.

Die Forscher weisen darauf hin, dass die Arbeit zwar vielversprechend ist, die Produktion und Reinigung der Exosomen im großen Maßstab jedoch noch mit Herausforderungen verbunden ist. LSCs, der Zelltyp, der zur Erzeugung von RBD-Exo verwendet wird, befinden sich derzeit bei denselben Forschern in einer klinischen Phase-I-Studie zur Behandlung von Patienten mit degenerativen Lungenerkrankungen.

„Ein inhalierbarer Impfstoff verleiht sowohl Schleimhaut- als auch systemische Immunität, ist bequemer zu lagern und zu verteilen und könnte in großem Maßstab selbst verabreicht werden“, sagt Cheng. „Obwohl die Ausweitung der Produktion immer noch mit Herausforderungen verbunden ist, glauben wir, dass dies ein vielversprechender Impfstoff ist, der weiterer Forschung und Entwicklung würdig ist.“

Die Arbeit wurde von den National Institutes of Health und der American Heart Association unterstützt. Die North Carolina State University hat ein vorläufiges Patent auf die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Technologien angemeldet und das Patentrecht wurde exklusiv an Xsome Biotech lizenziert, ein von Cheng mitgegründetes Startup-Unternehmen der North Carolina State University.

(C) NCSU

Originalquelle des Artikels: WRAL Techwire