mRNA-Pille ist da: Ein neues Kapitel der Genmedizin beginnt
Eine mRNA-Kapsel, die Entzündungen im Darm bekämpft - ganz ohne Spritze. Forscher aus Boston haben eine neuartige Kapsel entwickelt, die genetische Botenstoffe gezielt freisetzt. Im Tierversuch zeigte sie Wirkung - und blieb dabei gut verträglich.
Die neue Idee heißt RNACap. Sie stammt von Forschern der Harvard Medical School und des Brigham and Women's Hospital in Boston. Ihre Kapsel schützt den empfindlichen mRNA-Wirkstoff durch ein raffiniertes Hüllsystem. Eine säureresistente Außenwand lässt sie unbeschadet durch den Magen gleiten, während ein druck- und pH-empfindlicher Innenmechanismus dafür sorgt, dass sich die Kapsel erst im Dünndarm öffnet - ausgelöst durch den Druck der wellenartigen Muskelkontraktionen des Verdauungstraktes (peristaltische Bewegungen) und ein neutrales Milieu.
Diese Partikel sind so gebaut, dass sie den Schleim im Darm durchdringen und die Zellen in der Darmwand erreichen können - das gelingt dank eines Trägersystems aus speziell formulierten Nanopartikeln: G0-C14, PLGA und PEG-Lipide. Dort bringen sie den Körper dazu, selbst entzündungshemmende Stoffe zu produzieren. In den Versuchen an Ratten führte das dazu, dass Entzündungen im Dickdarm deutlich zurückgingen. Auch das Immunsystem reagierte nur sehr schwach - ein wichtiges Zeichen dafür, dass die Behandlung gut verträglich ist.
In Tests mit Schweinen - deren Verdauung dem des Menschen ähnlicher ist - funktionierte das Prinzip ebenfalls: Bereits nach 8,5 Stunden war eine Genexpression in der Darmschleimhaut nachweisbar. Wie die Autoren in Science berichten, blieb das Verfahren auch bei wiederholter Anwendung gut verträglich, mit minimaler Immunantwort und ohne erkennbare Organschäden.
Die mRNA in der Kapsel war auf das Gen Interleukin-10 ausgerichtet, das für seine beruhigende Wirkung auf das Immunsystem bekannt ist. Die Forscher sahen, dass nach der Einnahme im Blut und im Gewebe messbar mehr IL-10 vorhanden war.
Noch wurde die Kapsel nicht am Menschen getestet. Aber die Forschenden sehen darin einen vielversprechenden Weg - nicht nur für Darmkrankheiten, sondern vielleicht auch für andere Therapien, bei denen der Körper direkt vor Ort aktiviert werden soll. Die RNACap-Kapsel ist der erste öffentlich beschriebene Versuch, bei dem flüssige mRNA geschluckt und im Darm tatsächlich wirksam wurde. Damit gilt der Ansatz als wichtiger technischer Durchbruch - auch wenn er bisher nur in der frühen Forschung getestet wurde.
Siehe auch:
mRNA ohne Spritze: Die Kapsel-Revolution im Darm
Bislang galt: Wer mRNA verabreichen will - sei es für Impfstoffe oder neue Gentherapien - kommt an Injektionen kaum vorbei. Doch gerade bei chronischen Erkrankungen, die wiederholte Dosierungen erfordern, wird jede Spritze zur Hürde. Besonders problematisch ist das im Darmbereich: Die Medikamente sollen lokal wirken - werden aber über den ganzen Körper verteilt, statt gezielt im Darm anzukommen.Die neue Idee heißt RNACap. Sie stammt von Forschern der Harvard Medical School und des Brigham and Women's Hospital in Boston. Ihre Kapsel schützt den empfindlichen mRNA-Wirkstoff durch ein raffiniertes Hüllsystem. Eine säureresistente Außenwand lässt sie unbeschadet durch den Magen gleiten, während ein druck- und pH-empfindlicher Innenmechanismus dafür sorgt, dass sich die Kapsel erst im Dünndarm öffnet - ausgelöst durch den Druck der wellenartigen Muskelkontraktionen des Verdauungstraktes (peristaltische Bewegungen) und ein neutrales Milieu.
Diese Partikel sind so gebaut, dass sie den Schleim im Darm durchdringen und die Zellen in der Darmwand erreichen können - das gelingt dank eines Trägersystems aus speziell formulierten Nanopartikeln: G0-C14, PLGA und PEG-Lipide. Dort bringen sie den Körper dazu, selbst entzündungshemmende Stoffe zu produzieren. In den Versuchen an Ratten führte das dazu, dass Entzündungen im Dickdarm deutlich zurückgingen. Auch das Immunsystem reagierte nur sehr schwach - ein wichtiges Zeichen dafür, dass die Behandlung gut verträglich ist.
In Tests mit Schweinen - deren Verdauung dem des Menschen ähnlicher ist - funktionierte das Prinzip ebenfalls: Bereits nach 8,5 Stunden war eine Genexpression in der Darmschleimhaut nachweisbar. Wie die Autoren in Science berichten, blieb das Verfahren auch bei wiederholter Anwendung gut verträglich, mit minimaler Immunantwort und ohne erkennbare Organschäden.
Die mRNA in der Kapsel war auf das Gen Interleukin-10 ausgerichtet, das für seine beruhigende Wirkung auf das Immunsystem bekannt ist. Die Forscher sahen, dass nach der Einnahme im Blut und im Gewebe messbar mehr IL-10 vorhanden war.
Weitere Vorteile
Ein Vorteil des Konzepts: Die mRNA muss nicht aufwendig gefriergetrocknet werden, wie es bei vielen anderen Präparaten nötig ist. Der Verzicht auf die "Lyophilisation" - also das Einfrieren und Trocknen der mRNA - macht RNACap nicht nur effizienter, sondern auch einfacher lager- und transportierbar. Das könnte vor allem bei weltweiter Versorgung mit neuen Therapien eine Rolle spielen.Noch wurde die Kapsel nicht am Menschen getestet. Aber die Forschenden sehen darin einen vielversprechenden Weg - nicht nur für Darmkrankheiten, sondern vielleicht auch für andere Therapien, bei denen der Körper direkt vor Ort aktiviert werden soll. Die RNACap-Kapsel ist der erste öffentlich beschriebene Versuch, bei dem flüssige mRNA geschluckt und im Darm tatsächlich wirksam wurde. Damit gilt der Ansatz als wichtiger technischer Durchbruch - auch wenn er bisher nur in der frühen Forschung getestet wurde.
Was ist mRNA eigentlich?
Die mRNA (messenger RNA) ist eine einzelsträngige Ribonukleinsäure, die als Botenmolekül in unseren Zellen fungiert. Sie transportiert genetische Informationen von der DNA im Zellkern zu den Ribosomen im Zellplasma, wo sie als Bauanleitung für die Herstellung von Proteinen dienen.
Im Gegensatz zur doppelsträngigen DNA ist die mRNA kurzlebig und wird nach ihrer Botenfunktion durch zelleigene Enzyme abgebaut. Ohne mRNA wäre die Proteinbiosynthese nicht möglich - ein elementarer Prozess für alle Lebewesen, da Proteine eine Vielzahl lebenswichtiger Funktionen übernehmen.
Im Gegensatz zur doppelsträngigen DNA ist die mRNA kurzlebig und wird nach ihrer Botenfunktion durch zelleigene Enzyme abgebaut. Ohne mRNA wäre die Proteinbiosynthese nicht möglich - ein elementarer Prozess für alle Lebewesen, da Proteine eine Vielzahl lebenswichtiger Funktionen übernehmen.
Wie funktioniert mRNA?
Bei der Transkription wird der codogene DNA-Strang durch die RNA-Polymerase abgelesen und in einen komplementären mRNA-Strang umgeschrieben. Diese mRNA verlässt anschließend den Zellkern und wandert zu den Ribosomen im Zellplasma.
An den Ribosomen findet dann die Translation statt - der Prozess, bei dem die in der mRNA enthaltene Basensequenz in eine entsprechende Aminosäurensequenz übersetzt wird. Dadurch entstehen Proteine, die für verschiedenste Zellfunktionen benötigt werden. Eine mRNA kann dabei mehrfach als Vorlage dienen, bevor sie abgebaut wird.
An den Ribosomen findet dann die Translation statt - der Prozess, bei dem die in der mRNA enthaltene Basensequenz in eine entsprechende Aminosäurensequenz übersetzt wird. Dadurch entstehen Proteine, die für verschiedenste Zellfunktionen benötigt werden. Eine mRNA kann dabei mehrfach als Vorlage dienen, bevor sie abgebaut wird.
Woraus besteht mRNA?
Die mRNA besteht aus einzelnen Nukleotiden, die jeweils aus drei Komponenten aufgebaut sind: einem Zucker (Ribose), einem Phosphatrest und einer organischen Base. Im Gegensatz zur DNA enthält die mRNA statt Thymin die Base Uracil.
Die Nukleotide bilden einen langen Einzelstrang, wobei die Basensequenz die genetische Information trägt. Zusätzlich besitzt die reife mRNA bei Eukaryoten spezielle Strukturen an beiden Enden - eine Methylguanosin-Kappe am 5'-Ende und einen Poly-Adenin-Schwanz am 3'-Ende, die sie vor vorzeitigem Abbau schützen.
Die Nukleotide bilden einen langen Einzelstrang, wobei die Basensequenz die genetische Information trägt. Zusätzlich besitzt die reife mRNA bei Eukaryoten spezielle Strukturen an beiden Enden - eine Methylguanosin-Kappe am 5'-Ende und einen Poly-Adenin-Schwanz am 3'-Ende, die sie vor vorzeitigem Abbau schützen.
Wie werden mRNA-Impfstoffe genutzt?
Bei mRNA-Impfstoffen wird der Bauplan für einen bestimmten Bestandteil eines Krankheitserregers in Lipid-Nanopartikeln (einer Fetthülle) verpackt und in den Körper injiziert. Im Fall von COVID-19-Impfstoffen enthält die mRNA etwa die Anleitung für das Spike-Protein des Coronavirus.
Nach der Injektion nehmen Körperzellen die mRNA auf, lesen den Bauplan ab und produzieren das entsprechende Protein. Dieses wird vom Immunsystem als fremd erkannt, woraufhin eine Immunantwort ausgelöst wird. Der Körper bildet Antikörper und lernt, den Erreger bei einem tatsächlichen Kontakt zu bekämpfen.
Nach der Injektion nehmen Körperzellen die mRNA auf, lesen den Bauplan ab und produzieren das entsprechende Protein. Dieses wird vom Immunsystem als fremd erkannt, woraufhin eine Immunantwort ausgelöst wird. Der Körper bildet Antikörper und lernt, den Erreger bei einem tatsächlichen Kontakt zu bekämpfen.
Warum sind mRNA-Impfstoffe innovativ?
mRNA-basierte Impfstoffe vereinen laut Experten den minimalistischen Aufbau von Untereinheitenimpfstoffen mit der T-Zell-Induktionskapazität von lebend-attenuierten Impfstoffen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Impfstoffen enthalten sie weder abgeschwächte noch abgetötete Erreger.
Zu den Vorteilen zählen die schnelle, flexible und verhältnismäßig günstige Produktion, was diese Technologie besonders für die Bekämpfung pandemischer Erkrankungen interessant macht. Zudem können die Produktions- und Validierungsmethoden für verschiedene mRNA-Impfstoffe innerhalb einer einzigen Produktionsstätte genutzt werden.
Zu den Vorteilen zählen die schnelle, flexible und verhältnismäßig günstige Produktion, was diese Technologie besonders für die Bekämpfung pandemischer Erkrankungen interessant macht. Zudem können die Produktions- und Validierungsmethoden für verschiedene mRNA-Impfstoffe innerhalb einer einzigen Produktionsstätte genutzt werden.
Wie lange bleibt mRNA im Körper?
Die in die Zellen eingebrachte mRNA ist wie die natürlich vorkommende mRNA sehr kurzlebig und wird nach ihrer Botenfunktion rasch abgebaut. Die Halbwertszeit von mRNA beträgt in der Regel zwischen einigen Minuten und mehreren Stunden.
Nach der Proteinproduktion wird die mRNA durch zelleigene Enzyme (RNasen) zerlegt. Die Stabilität der mRNA wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Länge des Adenin-Schwanzes und bestimmte Sequenzabschnitte, die die posttranskriptionale Kontrolle beeinflussen.
Nach der Proteinproduktion wird die mRNA durch zelleigene Enzyme (RNasen) zerlegt. Die Stabilität der mRNA wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Länge des Adenin-Schwanzes und bestimmte Sequenzabschnitte, die die posttranskriptionale Kontrolle beeinflussen.
Unterschied zwischen DNA und mRNA?
Während DNA als Träger der Erbinformation dauerhaft im Zellkern verbleibt, fungiert mRNA als temporäres Transportmolekül dieser Information und verlässt den Zellkern. DNA ist doppelsträngig und enthält die Base Thymin, mRNA ist einzelsträngig und enthält stattdessen Uracil.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied: Bei Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern) ist mRNA oft polycistronisch, kann also Informationen mehrerer Gene tragen. Bei Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern) ist mRNA in der Regel monocistronisch und enthält nur Informationen eines Gens.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied: Bei Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern) ist mRNA oft polycistronisch, kann also Informationen mehrerer Gene tragen. Bei Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern) ist mRNA in der Regel monocistronisch und enthält nur Informationen eines Gens.
Welche RNA-Typen gibt es noch?
Neben der mRNA existieren weitere wichtige RNA-Typen mit unterschiedlichen Funktionen. Die Transfer-RNA (tRNA) ähnelt einem dreiblättrigen Kleeblatt und übersetzt den genetischen Code in Aminosäuren, indem sie als "Adapter" zwischen mRNA und Aminosäuren fungiert.
Die ribosomale RNA (rRNA) ist die am häufigsten vorkommende RNA und Hauptbestandteil der Ribosomen, wo sie bei der Proteinsynthese mitwirkt. Zudem gibt es nicht codierende RNAs (ncRNA), die nicht für Proteine codieren, aber wichtige regulatorische Funktionen übernehmen.
Die ribosomale RNA (rRNA) ist die am häufigsten vorkommende RNA und Hauptbestandteil der Ribosomen, wo sie bei der Proteinsynthese mitwirkt. Zudem gibt es nicht codierende RNAs (ncRNA), die nicht für Proteine codieren, aber wichtige regulatorische Funktionen übernehmen.
Zusammenfassung
- Forscher aus Boston entwickelten mRNA-Kapsel gegen Darmentzündungen
- RNACap passiert unbeschadet den Magen und öffnet sich erst im Dünndarm
- Spezielle Nanopartikel bringen mRNA durch Darmschleim zu Zielzellen
- Tests an Ratten und Schweinen zeigten gute Verträglichkeit mit wenig Immunreaktion
- Die Kapsel regt den Körper zur Produktion des entzündungshemmenden IL-10 an
- Vorteil: Keine aufwendige Gefriertrocknung der mRNA nötig
- Potenzial für Anwendung bei verschiedenen lokalen Therapien im Darm
Siehe auch:
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- Datenleck bei Datingseite für Ungeimpfte und "mRNA-freies Sperma"
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