Projekt für bessere mRNA-Therapeutika Verkapselungstechnologien zur höheren Effizienz von Wirkstoffen

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Glatt Ingenieurtechnik GmbH

Sie waren ein hoch-empfindlicher Helfer in der Corona-Pandemie: die neuen mRNA-Impfstoffe. Um auch nach Transport und Aufbewahrung wirksam zu bleiben, benötigten sie Tiefkühl-Lagerung bei -80 °C. Ein Projekt mit Beteiligung des Fraunhofer IPK will nun neue Technologien für die Produktion mRNA-basierter Arzneimittel entwickeln, die stabiler und somit einfacher zu händeln sind.

Impfstoffe auf Basis von mRNA waren eine der wichtigsten Elemente bei der Bekämpfung des Coronavirus. Ursprünglich für die Krebstherapie entwickelt, können mRNA-Impfstoffe aber gegen viele Krankheiten eingesetzt werden.

Die große Herausforderung beim Einsatz von RNA-Molekülen für medizinische Zwecke ist dabei 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 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.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) erforscht jetzt gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft, wie mRNA-Therapeutika und andere Medikamente besser produziert und wirksamer angewendet werden können. Im Projekt „Zielgerichtete und langfristige Freisetzung von in Chitosannanopartikeln verkapselten Wirkstoffen“ arbeiten die FDX Fluid Dynamix GmbH, die Heppe Medical Chitosan GmbH, die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg sowie das Fraunhofer IPK an der Optimierung von neuartigen Chitosanpartikeln und Hilfsstoffen, um deren Produktion nachhaltiger, umweltverträglicher und flexibler zu gestalten und deren Wirkstofftransport zu verbessern.

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Das Wechselspiel der Partikeleigenschaften kontrollieren

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 Verkapselungssysteme, so genannte 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.

„Das wechselseitige Zusammenspiel zwischen Partikeleigenschaften, Wirkstoff sowie Trägersystem ist noch nicht vollständig erforscht“, sagt Christoph Hein, Abteilungsleiter Mikroproduktionstechnik am Fraunhofer IPK. „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. Auf diese Weise könnten Patientinnen und Patienten eine effektivere Behandlung erhalten.“

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. (clu)

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