Forscher haben herausgefunden, dass ein präzise entwickelter HPV-Impfstoff die Fähigkeit des Immunsystems, Krebszellen zu zerstören, erheblich verbessert, und zwar nicht durch die Hinzufügung neuer Komponenten, sondern durch die Neuordnung vorhandener Komponenten im Nanomaßstab. Die am 11. Februar in Science Advances veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass selbst subtile strukturelle Anpassungen eine schwache Immunantwort in eine starke Antitumorwirkung umwandeln können. Dieser Durchbruch unterstreicht das wachsende Feld der „strukturellen Nanomedizin“, das von Chad A. Mirkin von der Northwestern University entwickelt wurde und bei dem die Anordnung der Impfstoffbestandteile genauso wichtig ist wie die Inhaltsstoffe selbst.
Die Kraft des Arrangements: Jenseits des „Blender-Ansatzes“
Die traditionelle Impfstoffentwicklung basiert auf dem Mischen von Antigenen (tumorabgeleiteten Molekülen) mit Adjuvantien (Immunstimulanzien) – eine Methode, die Mirkin als „Blender-Ansatz“ bezeichnet. Obwohl diese Methode wirksam ist, fehlt eine genaue Kontrolle darüber, wie das Immunsystem den Impfstoff verarbeitet. Die neue Studie stellt dieses Paradigma um und zeigt, dass die Organisation derselben Inhaltsstoffe in einer sorgfältig gestalteten nanoskaligen Struktur zu besseren Ergebnissen führt.
Das Team konstruierte einen Impfstoff mit sphärischer Nukleinsäure (SNA) – eine kugelförmige DNA-Struktur, die in Immunzellen eindringt – und testete systematisch verschiedene Konfigurationen seiner Komponenten. In humanisierten Tiermodellen von HPV-positivem Krebs und Tumorproben von Patienten stach eine Konfiguration hervor: Die Präsentation eines HPV-abgeleiteten Peptids auf der Oberfläche der SNA, verankert an ihrem N-Terminus, löste bis zu achtmal mehr Interferon-Gamma aus, ein wichtiges Antitumorsignal. Diese Konfiguration führte zu einer deutlich stärkeren Aktivierung von CD8-„Killer“-T-Zellen, den wirksamsten Krebsbekämpfern des Immunsystems, und verlangsamte das Tumorwachstum bei Mäusen.
Strukturelle Nanomedizin: Eine neue Ära des Impfstoffdesigns
Dabei geht es nicht nur um HPV. Mirkins Labor hat diesen strukturellen Nanomedizin-Ansatz bereits auf Impfstoffe gegen Melanome, Brustkrebs, Dickdarmkrebs, Prostatakrebs und Merkelzellkarzinom angewendet, und mehrere Kandidaten befinden sich in klinischen Studien am Menschen. Das Grundprinzip ist einfach: Auf die Struktur kommt es an. Dieselben Inhaltsstoffe können bei richtiger Anordnung eine stärkere Wirkung bei geringerer Toxizität erzielen.
„Dieser Effekt entstand nicht durch die Zugabe neuer Inhaltsstoffe oder eine Erhöhung der Dosis“, sagte Dr. Jochen Lorch, Co-Leiter der Studie. „Es entstand durch die intelligentere Präsentation derselben Komponenten. Das Immunsystem reagiert empfindlich auf die Geometrie von Molekülen.“
Zukünftige Auswirkungen: KI und Umnutzung bestehender Kandidaten
Mirkin stellt sich den Einsatz künstlicher Intelligenz vor, um die Entwicklung von Impfstoffen zu beschleunigen und unzählige Strukturkombinationen schnell zu analysieren, um die wirksamsten Anordnungen zu ermitteln. Dieser Ansatz könnte auch frühere Impfstoffkandidaten wiederbeleben, die zwar vielversprechend waren, aber nicht ausreichten, indem einfach ihre nanoskalige Struktur optimiert wurde. Der Bereich schreitet rasant voran, und bereits über 1.000 kommerzielle Produkte enthalten die SNA-Technologie.
„Möglicherweise haben wir völlig akzeptable Impfstoffkomponenten einfach deshalb weggelassen, weil sie in der falschen Konfiguration waren“, erklärte Mirkin. „Wir können auf diese zurückgreifen und sie umstrukturieren und in wirksame Medikamente umwandeln.“
Diese Forschung bedeutet einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise, wie Impfstoffe entwickelt werden, vom brachialen Mischen hin zur präzisen Nanotechnik. Die Auswirkungen gehen über HPV hinaus und bieten ein wirksames neues Instrument im Kampf gegen Krebs und andere Krankheiten.
