Neues Protein „Burrito“ hilft, Impfstoffe ohne Kühllagerung stabil zu halten

Ähnlich wie verderbliche Lebensmittel können Impfstoffe – oder vielmehr die viralen Bestandteile, die sie ausmachen – bei unsachgemäßer Lagerung verderben. Forscher haben jedoch möglicherweise einen Weg gefunden, sie vor dem Verderben in heißen Umgebungen zu schützen.

als „Koazervation“ bezeichneter chemischer Prozess unterzogen wurde, erfolgreich vor Temperaturschwankungen geschützt werden konnten, die ihr Verderben bedeuten können.1  Die im Oktober durchgeführte Studie wurde in der Zeitschrift Biomaterial Sciences veröffentlicht . 

„Jede Verbesserung der Temperaturstabilität von Medikamenten würde dazu beitragen, die Kosten zu senken und die Lebensqualität der Menschen zu verbessern, die täglich mit dieser Art von Therapeutika zu tun haben“, sagt Co-Autorin Sarah Perry, PhD, außerordentliche Professorin in der Abteilung für Chemieingenieurwesen an der University of Massachusetts, gegenüber Health Life Guide. 

Jere McBride, MS, PhD , Professor in den Abteilungen für Pathologie, Mikrobiologie und Immunologie an der medizinischen Fakultät der University of Texas, der nicht an der Studie beteiligt war, ist hinsichtlich dieses Ansatzes vorsichtig optimistisch, stellt jedoch klar, dass er per se kein Experte für die Entwicklung und Lagerung von Impfstoffen sei. 

„Auch ohne spezifische Kenntnisse zu diesem Ansatz glaube ich, dass diese Methode wertvoll sein könnte, um den Zugang zu Impfstoffen zu verbessern, indem die Anforderungen an die Kühlkette minimiert und so die Stabilität verbessert werden“, sagt er. 

Impfstoffe können nur in einem engen Temperaturbereich überleben, was ihre Entwicklung für Labore, ihre Produktion für Hersteller und ihren Transport für Händler zu einem großen Problem macht. Bei Temperaturen unter 2 °C gefrieren sie und erleiden dabei einen physikalischen Schaden, den Perry mit „Zerquetschtwerden, aber auf molekularer Ebene“ vergleicht. Bei Temperaturen über 8 °C verderben sie wie „ein Steak, das auf der Theke liegt“, da ihre Proteine ​​zu denaturieren – oder sich „aufzulösen“ – beginnen. 

„Ein wesentlicher Aspekt der Wirkungsweise von Impfstoffen besteht darin, dass sie unserem Körper beibringen, eine bestimmte Infektion zu erkennen“, sagt Perry. „Wenn sich das spezifische Protein oder die gesamte Proteinhülle des Virus zu entfalten beginnt, gehen die Informationen, die wir unserem Immunsystem beibringen möchten, verloren. Wir haben zum Beispiel viel über dieses ‚Spike-Protein‘ für COVID-19 gehört. Dieses Protein hat eine sehr spezifische dreidimensionale Form, und genau diese versuchen wir beizubehalten.“

Durch den Einsatz dieses chemischen Prozesses stellten Perry und ihr Team fest, dass die Koazervation die Temperaturstabilität und damit auch die Haltbarkeit von Impfstoffen deutlich erhöht.

Wie werden Impfstoffe derzeit transportiert? 

Impfstoffe sowie Medikamente gegen Arthritis und Multiple Sklerose werden derzeit über eine „Kühlkette“ oder eine temperaturkontrollierte Lieferkette transportiert, die:

1. Beginnt mit dem Kühlhaus im Produktionswerk
2. Erstreckt sich auf den Transport und die Lieferung des Impfstoffs sowie die ordnungsgemäße Lagerung in der Einrichtung des Anbieters
3. Und endet mit der Verabreichung des Impfstoffs oder der Behandlung an den Patienten

Allerdings kommt es bei Kühlketten häufig zu Störungen, und zwar in einem solchen Ausmaß, dass etwa die Hälfte aller jährlich produzierten Impfstoffe im Müll landet, was den Steuerzahler Geld kostet und Menschen möglicherweise lebensrettende Immunität raubt.

Auch nach einer Hauslieferung muss die Kühlkette aufrechterhalten werden. Menschen, die aufgrund spezifischer medizinischer Probleme eine therapeutische Behandlung benötigen, müssen daher ihren Tag entsprechend ihrer Ankunft planen. 

„Das bedeutet, dass Sie Ihr Leben so planen müssen, dass Sie zu Hause sind, um diese Lieferungen entgegenzunehmen, wenn sie ankommen“, sagt Perry. „Wenn ein Sturm bei Ihnen zu Hause den Strom ausfallen lässt, müssen Sie darüber nachdenken, wie Sie Ihre Familie und Ihre Medikamente schützen. Wenn Sie verreisen möchten, wie können Sie dann Ihre gekühlten Medikamente mitnehmen?“

Die zündende Idee

Motiviert von dem Wunsch, die Lagerfähigkeit von Impfstoffen zu erhöhen, machten sich Perry und ihre Co-Autoren auf die Suche nach einer Alternative zur Kühlkette. Sie fanden einen Weg, Viruspartikel in Koazervaten einzuschließen, ein Prozess, der als „Koazervation“ bezeichnet wird. 

Koazervate sind Ansammlungen von Makromolekülen, die durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten werden. Perry beschreibt Koazervation als „eine Art Flüssigphasentrennung“. Ein Beispiel für eine Substanz, die auf Koazervation beruht, um zu funktionieren, finden Sie im Badezimmerschrank. 

„Shampoo funktioniert tatsächlich, indem es diese Art der Phasentrennung durchläuft“, sagt Perry. „Das Shampoo in der Flasche besteht aus einer einzigen Phase. Wenn wir es jedoch auf unser nasses Haar auftragen, verdünnen wir die Konzentration der Polymere und Tenside im Shampoo. Shampoos sind so formuliert, dass diese Verdünnung ausreicht, um eine Phasentrennung zu bewirken, sodass die Koazervattröpfchen Schmutz und Öl einkapseln und wegtragen können.“

Die Koazervation auf dem Prüfstand

Nachdem Perry und ihre Co-Autoren ihre Methodik verfeinert hatten, stellten sie sie auf die Probe – als Testobjekte dienten ein unbehülltes porcines Parvovirus (PPV) und ein behülltes bovines Virusdiarrhoevirus (BVDV).

Anschließend verglichen sie das koazervierte PPV und BVDV mit dem freien (also nicht koazervierten) PPV und BVDV. Nach einem Tag bei 60 °C war der Virustiter des koazervierten PPV stabil geblieben, während der des freien PPV etwas gesunken war. Nach sieben Tagen bei 60 °C war der Virustiter des koazervierten PPV etwas gesunken, während der des freien PPV vollständig abgefallen war. 

In der Studie führten Perry und ihre Co-Autoren die „signifikante Beibehaltung der Aktivität“ der Impfstoffe auf die Einkapselung in Form einer Konservierung zurück. Sie vermuteten, dass die Koazervation die Temperaturstabilität von Impfstoffen erhöhen könnte, indem sie die Denaturierung oder Entfaltung von Proteinen verhindert. 

Auf die Frage, ob die Koazervation möglicherweise eingesetzt werden könnte, um die Stabilität und damit die Langlebigkeit des mit Spannung erwarteten COVID-19-Impfstoffs zu erhöhen, antwortet Perry, dass dies theoretisch möglich sei. Anders als die Impfstoffe in der Studie basiert der COVID-19-Impfstoff der Pharmaunternehmen Pfizer und Moderna jedoch auf der mRNA-Sequenz von COVID-19 und nicht auf inaktivierten COVID-19-Viren. 

„Unsere jüngste Arbeit konzentrierte sich auf Viren, daher wären weitere Studien erforderlich, um zu verstehen, wie unser Ansatz auf RNA-basierte Impfstoffe angewendet werden könnte“, sagt sie.