mRNA-Impfstoffe können für die Anwendung entwickelt werden, etwa wenn eine Population von saisonalen Epidemien1 oder Pandemien betroffen ist.²

In diesem Fall kann die mRNA für ein Antigen kodieren, das eine Immunantwort gegen das Zielpathogen hervorruft.3 Es ist potenziell möglich, in einen Impfstoff mehrere mRNAs zu integrieren, die jeweils für verschiedene Erregerproteine kodieren. Je nachdem, auf wie viele Proteine der Impfstoff abzielt, wird dieser bspw. als bivalenter4 oder multivalenter Impfstoff5 bezeichnet.

Beispiel einer präklinischen Untersuchung
Im Jahr 2023 veröffentlichten Forscher eine präklinische Forschungsarbeit zu quadrivalenten mRNA-Impfstoffen gegen Mpox (Affenpocken), die für zwei intrazelluläre Virusantigene und zwei extrazelluläre umhüllte Virusantigene, eingekapselt in Lipid-Nanopartikel (LNP), kodierten. Mäuse, die mit diesen mRNA-LNP geimpft wurden, bildeten IgG-Antikörper gegen alle kodierten Antigene. Da diese mRNA-Impfstoffkandidaten gegen Antigene gerichtet sind, die bei Orthopoxviren hochkonserviert sind, könnten diese Ergebnisse potenziell zur Entwicklung neuer Impfstoffe gegen die Familie der Orthopoxviren führen.⁵​​​​​​
 

Weiterentwickelte Sequenzierungstechniken könnten die Untersuchung genetischer Mutationen bei einzelnen Personen ermöglichen.⁶

So kann es sein, dass nur eine Teilgruppe von Patient*innen eine bestimmte krankheitsauslösende Mutation in sich trägt. Die Kenntnis dieser Tatsache könnte es ermöglichen, Behandlungsversuche mit verschiedenen Therapieoptionen zu unternehmen.⁷

Mutierte Epitope – der Teil eines Proteins, der durch Verarbeitung von mutierten Proteinen gebildet wurde – können beispielsweise die Krebsimmunität anregen. Allerdings erkennt das Immunsystem von Tumorpatienten nur einen kleinen Teil der Mutationen.⁸

Die mRNA-Technologie könnte die Möglichkeit eröffnen, für die einzelnen Patienten, die solche Mutationen aufweisen, mRNA-Sequenzen zu entwerfen, die für Proteine kodieren, die das Immunsystem mobilisieren und zellvermittelte Immunantworten erzeugen können.⁶

Schlussendlich könnte dies die Suppression oder Entfernung von Zellen, die Träger der Zielmutationen sind, bewirken und damit die Tumorlast potenziell reduzieren.^{6, 8}

Beispiel einer präklinischen Untersuchung
Im Jahr 2022 wurden für eine präklinische Studie dendritische Zellen, welche mRNA enthielten, in einem murinen Krebsmodell getestet. Die mRNA in den Zellen kodierte für personalisierte Turmorantigene und ein mit dem Ovarialkarzinom assoziiertes Antigen. Nach Injektion der dendritischen Zellen wurden in dieser Gruppe, im Vergleich zur positiven murinen Krebsmodell Kontrollgruppe, keine nachweisbaren Tumore gebildet.⁹

Die Protein-Substitutionstherapie zielt darauf ab, bestimmte Proteine zu ersetzen oder zu ergänzen, die bei den betroffenen Personen aufgrund von Mutationen defizitär, d. h. nicht vorhanden oder nicht funktionsfähig, sind.¹⁰

Die mRNA-Technologie könnte eingesetzt werden, um mRNA zu erzeugen, die für ein defizitäres Protein kodiert.10 Nach seiner Translation kann sich das Protein an biologischen Prozessen beteiligen und damit möglicherweise die Auswirkungen des Proteinmangels reduzieren. Das Konzept der Verwendung von mRNA zur intrazellulären Proteinsubstitution wurde zuerst in präklinischen Untersuchungen erforscht: Diabetes insipidus wurde bei Ratten durch den Einbau von Hormon-kodierender mRNA temporär aufgehoben.¹¹

Beispiel einer präklinischen Untersuchung
Arginase-Mangel ist eine erbliche Stoffwechselerkrankung der Leber, die zu Entwicklungsverzögerungen, Verlust der körperlichen Funktionsfähigkeit und gelegentlich zum Tod führen kann. Im Jahr 2019 hat die Forschung an Mäusen gezeigt, dass die Verabreichung von LNP mit eingekapselter, optimierter mRNA, die für Arginase kodiert, im Vergleich zur LNP-Kontrollbehandlung zu einer verbesserten Überlebensrate führte. Diese Forschung hat verdeutlicht, dass die Verabreichung von mRNA eine potenzielle Strategie zur Unterstützung der Wiederherstellung einer fehlenden oder defizitären Enzymfunktion darstellen kann.¹²
 

Durch die Synthese von Proteinen, die an der transkriptionellen Regulierung der Genexpression beteiligt sind, kann die mRNA möglicherweise die zelluläre Umprogrammierung unterstützen.¹³

Die Kodierung für Proteine, wie Transkriptionsfaktoren, kann Veränderungen der Genexpression ermöglichen, die letztendlich zur zellulären Umprogrammierung und Zellregeneration führen.¹⁴

Diese Regeneration kann die Wiederherstellung defizitärer oder fehlender Zellfunktionen ermöglichen, was wiederum die Gewebefunktion bei Patienten mit kranken oder geschädigten Organen wiederherstellen könnte.¹⁴

Beispiel einer präklinischen Untersuchung
Im Jahr 2018 verwendeten Forscher mRNA, die für Umprogrammierungsfaktoren kodierte, darunter SOX2, KLF4, cMYC, LIN28A und NANOG, um humane Zelllinien umzuprogrammieren. Die Ergebnisse zeigten, dass verschiedene gesunde und krankheitsspezifische humane Fibroblasten-Zelllinien in induzierte pluripotente Stammzellen umprogrammiert werden konnten, die sich in eine Vielzahl verschiedener Zelltypen ausdifferenzieren können. Diese Arbeit könnte die künftigen klinischen Anwendungsmöglichkeiten von mRNA zur Behandlung von krankem oder alterndem Gewebe erweitern.^{14, 15}