Die RNA wurde auf eine Art und Weise verändert, so dass sie wesentlich länger bestehen kann verglichen zu natürlich vorkommender RNA. Die Lipidnanopartikel sind aus vier unterschiedlichen Komponenten zusammengesetzt, von denen zwei zum ersten Mal in medizinischen Produkten Anwendung finden.
Der Wirkstoff des Pfizer/Biontech-Impfstoffes ist die RNA selber. RNA ist eine Nukleinsäure und besteht aus den vier Nukleosiden Uridin, Cytidin, Guanosin und Adenosin die an Phosphate gekoppelt sind und die Nukleotide bilden. Diese sind aneinandergereiht und bilden lange Kette. Die RNA bildet die Matrix für die Umsetzung genetischer Information in Proteine. In unserem Fall kodiert die Impf-RNA eine veränderte Variante des Spike-Glykoproteins, ein kleiner Teil des COVID-19-Virus. Die Pfizer/Biontech RNA-Sequenz wurde so modifiziert, dass das Spike-Protein zwei Prolin*-Austausche aufweist. Das bedeutet, die Form des Spike-Proteins, das von der RNA gebildet wird, wird verändert. Dies hat die Funktion, das Spike-Protein in einer Prä-Fusions-Konformation, das heißt einer Vorstufe, zu belassen, um die Bildung neutralisierender Antikörper zu verstärken. Außerdem wurde die RNA um strukturelle Bausteine ergänzt, die eine höhere RNA-Stabilität bewirken (5′-cap, 5′-UTR, 3′-UTR, poly(A)-Schwanz) [1].
Normalerweise ist die RNA sehr kurzlebig und überdauert, je nach Zusammensetzung, in den seltensten Fällen zwei Minuten. Im Falle des Impfstoffes wurde allerdings in der gesamten RNA das Nukleosid Uridin, das natürlicherweise Bestandteil der RNA ist, durch das in der Natur nicht vorkommende N1-Methylpseudouridin ersetzt [1]. Dies verändert die Sekundärstruktur der RNA und hat eine Steigerung der Proteinexpression durch die Verminderung der Aktivität von RNA-abhängigen Proteinkinasen [2], eine Reduktion der angeborenen Immunantwort, sowie auch eine längere RNA-Persistenz, d. h. sie ist beständiger, zur Folge [3]. Wie lange die modifizierte RNA im Körper tatsächlich überdauert, ist unbekannt, aber es gibt Hinweise, dass diese wesentlich länger aktiv ist [4].
Die Lipidnanopartikel kapseln die RNA ein indem sie diese elektrostatisch an die ionisierbaren Lipide der Kernhülle binden und sorgen für den Transport und die Aufnahme der RNA in die Zielzellen. Ionisierbar heißt, dass das Lipid mit einer positiven Ladung versehen werden kann und dieses somit mit der negativ geladenen RNA interagiert. Die Formulierung dieser Lipidnanopartikel ist herausfordernd: Studien haben gezeigt, dass viele andere Lipidnanopartikel, die eine von Biontech abweichende strukturelle Zusammensetzung aufweisen, Schwierigkeiten hatten, das Innere der Zellen überhaupt zu erreichen [5]. Eine erfolgreiche Inkludierung der Lipidnanopartikel unterliegt der Bindung an Apoenzym E (ApoE) aus der Blutbahn, der Andockung von ApoE an passende Rezeptoren der Zielzellen (siehe Abbildung) und der Auflösung der Endosomen# innerhalb der Zelle, einhergehend mit der erfolgreichen Freisetzung der RNA in die Zielzelle.
ALC-0315 und ALC-0159 sind neue, künstliche Stoffe, die noch nie zuvor in autorisierten medizinischen Produkten angewandt worden sind. Sie kapseln die RNA ein, formen die Lipidnanopartikel, helfen bei dem Zelleintritt und stabilisieren die Nanopartikel.
ALC-0315 ist die ionisierbare Lipid-Komponente und mit 0,43 mg Hauptbestandteil der Partikel. ALC-0315 reguliert die Freisetzung der RNA in das Zytoplasma, das heißt in das Innere der Zellen.
ALC-0159 besteht aus Polyethylenglycol (PEG) und N,N-Ditetradecylacetamid. PEG ermöglicht die Bildung einer protektiven hydrophilen Schicht, welche die Lipidnanopartikel stabilisiert. Ohne PEG würden die Nanopartikel schon vor Erreichen der Zielzellen aufgelöst werden. In der Zielzelle angekommen wird die Freisetzung der RNA durch Spaltung der beiden Komponenten initiiert. Da PEG mittlerweile universell angewendet wird, sei es in Kosmetika, Lebensmitteln oder anderweitig, birgt diese Substanz inzwischen ein enormes allergisches Potential. In den letzten Jahren wurde immer häufiger von allergischen Reaktionen auf PEG berichtet. Man spricht von einem „versteckten“ Allergen, welches vermutlich „unterdiagnostiziert“ wird, d. h. eine allergische Reaktion wird fälschlicherweise nicht mit PEG in Zusammenhang gebracht [7]. Von einer Kreuzreaktion mit
Polysorbat 80 wurde ebenfalls berichtet [8]. Da bereits anaphylaktische Reaktionen durch Hauttests ausgelöst wurden, ist eine sorgfältige Allergieanamnese vor Verabreichung der Impfung dringend empfohlen.
DSPC ist ein häufig verwendetes, neutrales Phospholipid, das für einen erfolgreichen Transport zu den Zielzellen sorgt. Das Helferlipid DSPC kommt natürlicherweise vor und wird deswegen nicht als körperfremd angesehen. Dementsprechend gilt DSPC als ungefährlich.
Im Allgemeinen wird Cholesterin benötigt, um die strukturelle Beschaffenheit der Lipidnanopartikel und die Flexibilität der Liposomkomponenten zu gewährleisten. Cholesterin bindet an ApoE und ist ferner ein wichtiger Bestandteil, der für die Erkennung und Aufnahme des Wirkstoffkomplexes in die Zielzellen sorgt. Außerdem führt Cholesterin zu einer verbessert Membranfusion [9]. Grundsätzlich ist der Zusatz von Cholesterin, da es sich dabei ebenfalls um eine körpereigene Substanz handelt, unbedenklich.
Um die pH-Stabilität und Schutz vor Gefrierschäden zu gewährleisten wurden außerdem Saccharose, Kochsalz, Kaliumchlorid, Dinatriumhydrogenphosphat und Kaliumdihydrogenphosphat dem Impfstoffen beigemengt.
Es wurden weder toxikokinetische noch genotoxische Studien unternommen, da laut Angaben von Biontech/Pfizer die einzelnen Komponenten kein genotoxisches Potential haben. Aber ist dies wirklich der Fall? Und wenn dies der Fall ist, warum wird dann auf diese Studien verzichtet, gerade in Zeiten von Impfmüdigkeiten? Diese Prüfungen sind kostengünstig und dauern nicht lange. Schließlich werden komplett neue Komponenten verwendet, die bisher noch keine klinische Zulassung hatten.
*Dabei handelt es sich um bestimmte natürlich vorkommende Aminosäuren.
*Als Endosomen werden membranumschlossene intrazelluläre Gebilde bezeichnet.
[1] “Public Assessment Report Authorisation for Temporary Supply COVID-19 mRNA Vaccine BNT162b2 concentrate for solution for injection Department of Health and Social Care ( DHSC ) Pfizer Limited & BioNTech Manufacturing GmbH,” vol. 2.
[2] B. R. Anderson et al., “Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation,” Nucleic Acids Res., vol. 38, no. 17, pp. 5884–5892, 2010.
[3] Y. V Svitkin, Y. M. Cheng, T. Chakraborty, V. Presnyak, M. John, and N. Sonenberg, “N1-methyl-pseudouridine in mRNA enhances translation through eIF2α-dependent and independent mechanisms by increasing ribosome density.,” Nucleic Acids Res., vol. 45, no. 10, pp. 6023–6036, Jun. 2017, doi: 10.1093/nar/gkx135.
[4] D. M. Mauger et al., “mRNA structure regulates protein expression through changes in functional half-life,” Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 116, no. 48, pp. 24075 LP – 24083, Nov. 2019, doi: 10.1073/pnas.1908052116.
[5] J. Nguyen and F. C. Szoka, “Nucleic acid delivery: the missing pieces of the puzzle?,” Acc. Chem. Res., vol. 45, no. 7, pp. 1153–1162, 2012.
[6] I. Gómez-Aguado, J. Rodríguez-Castejón, M. Vicente-Pascual, A. Rodríguez-Gascón, M. Á. Solinís, and A. del Pozo-Rodríguez, “Nanomedicines to Deliver mRNA: State of the Art and Future Perspectives,” Nanomaterials, vol. 10, no. 2, p. 364, 2020.
[7] B. Cabanillas, C. Akdis, and N. Novak, “Allergic reactions to the first COVID‐19 vaccine: a potential role of Polyethylene glycol?” Wiley Online Library, 2020.
[8] C. A. Stone Jr et al., “Immediate hypersensitivity to polyethylene glycols and polysorbates: more common than we have recognized,” J. Allergy Clin. Immunol. Pract., vol. 7, no. 5, pp. 1533–1540, 2019.
[9] D. Pozzi et al., “Transfection efficiency boost of cholesterol-containing lipoplexes,” Biochim. Biophys. Acta (BBA)-Biomembranes, vol. 1818, no. 9, pp. 2335–2343, 2012.