Neuartige Nanopartikel und Verkapselungstechnologien sollen helfen, mRNA- und andere Wirkstoffe effizienter herzustellen. (Bild: Fraunhofer IPK / Larissa Klassen)
mRNA-basierte Impfstoffe waren eine der wichtigsten Elemente bei der Bekämpfung des Corona-Virus. Die Technologie wurde ursprünglich für die Krebstherapie entwickelt und kann auch im Kampf gegen viele andere Krankheiten eingesetzt werden.
RNA-Moleküle brauchen Schutz
Die große Herausforderung beim Einsatz von RNA-Molekülen für medizinische Zwecke ist nach wie vor, dass sie sehr schnell enzymatisch abgebaut werden. Das heißt: Ohne einen speziellen Schutz können sie im Körper eines Menschen nicht lange genug bestehen, um an der richtigen Stelle ihre Wirkung zu entfalten.
Für die Impfstoffproduktion wurden die mRNA-Moleküle daher in eine schützende Lipidhülle verkapselt. Derzeit verfügbare Technologien zur Erzeugung solcher Lipidnanopartikel und zur Verkapselung der Moleküle sind jedoch noch in ihrer Effizienz und Stabilität eingeschränkt.
Produktion von Nanopartikeln verbessern
Im Projekt „Zielgerichtete und langfristige Freisetzung von in Chitosannanopartikeln verkapselten Wirkstoffen“ arbeiten deshalb die Unternehmen FDX Fluid Dynamix, Heppe Medical Chitosan sowie die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und eben das das Fraunhofer IPK an der Erforschung und Optimierung von neuartigen Chitosanpartikeln und Hilfsstoffen. Ziel des Projektes ist es, deren Produktion nachhaltiger, umweltverträglicher und flexibler zu gestalten sowie den Wirkstofftransport zu verbessern. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) bis Ende 2025 mit insgesamt 6 Mio. Euro gefördert.
Um die Nanopartikel für den Transport von mRNA-Therapeutika und anderen Wirkstoffen zu stabilisieren, untersuchen die Forscher den Einfluss der Partikelzusammensetzung und der Prozessführung auf die Eigenschaften der Nanopartikel. Auf dieser Basis entwickeln sie neue Nanopartikel-Formulierungen sowie innovative Verkapselungssysteme, sogenannte Drug-Delivery-Systeme (DDS) für eine kontrollierte lokale Freisetzung der Wirkstoffe. Im Ergebnis des Grundlagenforschungsprojekts soll eine Plattformtechnologie entstehen, die es ermöglicht, zielgenau die Partikeleigenschaften sowie die Freisetzungsdauer für einen mRNA-Wirkstoff zu steuern.
Zusammenspiel von Wirkstoff und Trägersystem
„Das wechselseitige Zusammenspiel zwischen Partikeleigenschaften, Wirkstoff sowie Trägersystem ist noch nicht vollständig erforscht. Indem wir die Nanopartikeleigenschaften wie Größe, Ladung und Abbaubarkeit anpassen und eine geeignete biokompatible Trägermatrix identifizieren, wollen wir die Wirksamkeit von mRNA- und anderen Wirkstoffen über einen längeren Zeitraum ermöglichen,“ erklärt Christoph Hein, Abteilungsleiter Mikroproduktionstechnik am Fraunhofer IPK.
Die Stabilisierung von RNA-Komplexen und deren lokale und kontrollierte Freisetzung ist essenziell, damit das hohe therapeutische Potenzial von mRNA-Arzneiwirkstoffen zum Beispiel für Tumorbehandlungen, aber auch zur Therapie lokaler Erkrankungen von spezifischen Organen wie Auge oder Innenohr genutzt werden kann. Die angestrebten Forschungsergebnisse des Projekts könnten darüber hinaus helfen, eine mehrfache Applikation der Wirkstoffe zu vermeiden. Das ist bislang, wie mRNA-basierte Impfstoffe gezeigt haben, aus technologischer Sicht nicht möglich.
