Wie mRNA-Nanopartikel Zellen zur Behandlung von Augenkrankheiten programmieren
In Europa sind die altersbedingte Makuladegeneration (AMD), das Glaukom und das diabetische Makulaödem (DMÖ) die häufigsten Ursachen von Sehbehinderungen oder in extremen Fällen für Erblindung. Altersbedingte Makuladegeneration und diabetisches Makulaödem werden meist mit Proteinwirkstoffen behandelt, die in den Glaskörperraum(öffnet in neuem Fenster) des Auges injiziert werden, um das Netzhautödem (Schwellung) zu reduzieren und das Fortschreiten der Krankheit zu verlangsamen. Glaukom wird mit Augentropfen behandelt, um den Druck im Auge zu senken. „Während AMD- und DMÖ-Behandlungen alle ein bis zwei Monate in das Auge injiziert werden sollten, sind die Zeitabstände oft länger, und obwohl die Injektionen die Undichtigkeit der erkrankten Blutgefäße im Auge verringern können, schreitet die Netzhautdegeneration dann weiter fort. Auch Glaukom-Augentropfen schützen nicht die Netzhaut und den Sehnerv“, sagt Arto Urtti(öffnet in neuem Fenster), Koordinator des Projekts LIPOmRNA, das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) finanziert wurde. Die Antwort des Teams von LIPOmRNA bestand in der Herstellung eines Lipidnanopartikels, der mRNA(öffnet in neuem Fenster) enthält und Zellen zur Produktion therapeutischer Proteine anregen kann, wodurch als Bestandteil eines breiten Spektrums bevorstehender Innovationen neuen Injektions- und Augentropfenbehandlungen der Weg bereitet wird.
Zellen zur Wirkstoffherstellung programmieren
Im Rahmen von LIPOmRNA wird die Art und Weise ausgenutzt, wie der menschliche Körper therapeutische Proteine produziert. Zellen verwenden mRNA, um den genetischen Code des Körpers (DNS) zu lesen und Proteine zu produzieren, die zahlreiche Aufgaben wie beispielsweise die Verringerung der übermäßigen Durchlässigkeit von Blutgefäßen oder die Regeneration von krankem Gewebe erfüllen. „Während Proteine selbst als Wirkstoffe dienen können, ist es doch besser, mRNA zu nutzen, um therapeutische Proteine an Ort und Stelle zu produzieren und somit die Zellen zur Herstellung von Wirkstoffen zu programmieren“, erklärt Urtti von der Universität Ostfinnland(öffnet in neuem Fenster), an der das Projekt angesiedelt ist. Um die mRNA zu den Zielzellen zu bringen, wurden Nanopartikel auf Lipidbasis in Virusgröße entwickelt, in denen die mRNA gebunden und verpackt ist. „Wenn die mRNA allein geliefert wird, würde sie abgebaut werden; selbst intakt könnte sie nicht in die Zellen gelangen“, erklärt Urtti. Die Lipidnanopartikel bestehen aus verschiedenen Lipiden und können mit anderen Materialien wie etwa Hyaluronsäure(öffnet in neuem Fenster) beschichtet werden, die natürlicherweise in vielen Geweben, auch im Glaskörper, vorkommt. Damit die Lipidnanopartikel die Augengewebe durchdringen können, muss ihre Oberfläche negativ oder neutral geladen sein. Sie werden dann von den Zielzellen „gefressen“ (Endozytose), woraufhin die mRNA die Proteinproduktion auslösen kann.
Erprobung der mRNA-Therapeutika in Zellen und Tiermodellen
Um die Auswirkungen der Zusammensetzung der Lipidnanopartikel zu verstehen, wurden Nanopartikel in verschiedener Größe charakterisiert und kultivierten Netzhautzellen zugeführt. „Interessanterweise entdeckten wir, dass die Zellaufnahme und die Proteinproduktion nicht immer miteinander korrelieren, da verschiedene Lipidnanopartikel aktive mRNA innerhalb der Zellen auf unterschiedliche Weise freisetzen können“, erläutert Urtti. Da es noch nicht möglich ist, die Wirkungen der Lipidnanopartikel anhand von Computermodellierung vorherzusagen, wurden die vielversprechendsten Lipidnanopartikel als Augeninjektion in Versuchen an Kaninchen und Ratten getestet, wobei die Verteilung der Lipidnanopartikel in der Netzhaut mithilfe eines auf Massenspektrometrie beruhenden Verfahrens analysiert wurde. Um die Zahl der Tierversuche zu verringern, wurde eine Methode entwickelt, mit der bei einer Injektion zehn verschiedene Lipidnanopartikel getestet werden können. „Einige Lipidnanopartikel sind nach der intravitrealen Injektion effektiver in die Netzhaut eingedrungen als herkömmliche Nanopartikel wie zum Beispiel Liposomen, und die Lipidnanopartikelretention blieb über zwei Monate erhalten, was vielversprechend in Bezug auf lang wirkende Injektionen erscheint“, ergänzt Urtti. Einige Lipidnanopartikel wurden auch in Form von Augentropfen erprobt, um Hornhautzellen an der Augenoberfläche in proteinproduzierende „Fabriken“ zu verwandeln, wobei die Proteinprodukte in der Tränenflüssigkeit gemessen wurden. „In diesem Fall erzielten wir mit hyaluronsäurebeschichteten Lipidnanopartikeln die besten Ergebnisse, da diese an der Schleimhaut der Augenoberfläche haften, womit verhindert wird, dass sie weggespült werden. Außerdem scheinen diese Lipidnanopartikel ‚schmackhafter‘ für die Zellrezeptoren zu sein“, merkt Urtti an.
Für wirksamere Augeninjektionen und topische Medikamente
Entscheidend ist, dass die Lipidnanopartikelverabreichung durch Injektion nicht von einer Nukleotidsequenz(öffnet in neuem Fenster) abhängt, was bedeutet, dass die Methode für jeden mRNA-Code nutzbar sein könnte, was weitere Möglichkeiten der Netzhautbehandlungen eröffnet. Gleichzeitig kann die von den Lipidnanopartikeln gelieferte mRNA die Proteinproduktion auf der Augenoberfläche anregen, ebenfalls unabhängig vom mRNA-Code, sodass Augentropfen zur Behandlung von Uveitis (Augenentzündung) auch dort in Frage kommen könnten, wo gegenwärtig nur Injektionen möglich sind. „Längere Zeitabstände zwischen den Injektionen und der Verabreichung topischer Medikamente werden dazu beitragen, das Leiden der Patientinnen und Patienten sowie die Belastung der Gesundheitsversorgungsdienste zu verringern“, endet Urtti.
