Der Wirkort von mRNA-Impfstoffen
COVID-19-mRNA-Impfstoffe werden in den Muskel injiziert. Dort lösen sie die Immunantwort aus.
Impfungen dienen dazu, die körpereigene Immunabwehr aufzubauen, um den Menschen vor Erkrankungen durch Krankheitserreger wie SARS-CoV-2 zu schützen. Impfstoffe gegen COVID-19, die auf mRNA basieren, machen sich die besonderen Eigenschaften von mRNA zunutze. mRNA entsteht auf Grundlage eines begrenzten DNA-(Bauplan-)Abschnitts und ist damit die Bauplankopie für ein ganz bestimmtes Protein. mRNA-Impfstoffe befähigen den Körper, das Spike-Protein, das sich wie ein Stachel auf der Hülle von SARS-CoV-2 befindet, selbst herzustellen und eine Immunantwort dagegen zu bilden.
Sollte es später zu einem tatsächlichen Kontakt mit SARS-CoV-2 kommen, kann das Immunsystem nach einer COVID-19-Impfung sofort darauf reagieren und das Virus abwehren. Doch wo im Körper wird das Spike-Protein genau hergestellt, und wie wird dadurch die Immunantwort ausgelöst?
mRNA-Forschung mit Glühproteinen
Mit diesen Fragen hat sich die Grundlagenforschung in den vergangenen Jahren intensiv auseinandergesetzt.1,2 Schließlich wird die mRNA für Impfstoffe nicht erst seit dem Ausbruch der COVID-19-Pandemie erforscht. Nur durch die jahrelange Vorarbeit war es möglich, in weniger als einem Jahr mRNA-Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 zu entwickeln.2 Dazu trugen unter anderem verschiedene Studien bei, die zeigten, an welchen Stellen im Körper sich die Wirkung der mRNA entfaltet. In Kanada zum Beispiel testeten Forscher:innen die Wirkung von mRNA-Injektionen nach Art der Verabreichung, um herauszufinden, ob Injektionen in den Muskel und in die Blutbahn jeweils unterschiedliche Folgen haben.3
Der Zielort der mRNA im Körper sollte hierbei möglichst anschaulich gemacht werden. Dazu wurde Luciferase genutzt, ein Glühprotein, das beispielsweise bei Glühwürmchen für das Leuchten sorgt.3 Durch das Leuchten des Proteins im Körper konnte im Rahmen von Tierstudien festgestellt werden, dass bei der Injektion in die Blutbahn und in den Bauchfellraum der Wirkort vor allem in der Leber zu finden war.3 Dort wandelten die Leberzellen die mRNA in das Glühprotein um. Allerdings hielt die Produktion nur etwa 2 Tage an. Danach war die mRNA beinahe vollständig abgebaut.3 Blutbahn und Bauchfellraum erwiesen sich daher nicht als ideale Injektionsorte für mRNA-Impfstoffe.
Intramuskuläre Injektion wirkt länger
Im Gegensatz zu Injektionen in die Blutbahn und den Bauchfellraum wirkt die Injektion in den Muskel anders, wie weitere Untersuchungen zeigten: Zwar gelangt auch hier ein großer Anteil an mRNA in die Leber, doch auch im Muskelgewebe werden zahlreiche Zellen zur Proteinproduktion angeregt.3 Die Produktion hält hier deutlich länger an als in der Leber, nämlich bis zu einer Woche statt nur 2 Tage.3 Bei einer Injektion ins Gewebe (subkutan) oder in die Haut (intrakutan) gelangt die mRNA überhaupt nicht in die Leber, sondern verbleibt nahe der Injektionsstelle, wo sie ebenfalls rund eine Woche wirkt.3
Die Injektion in den Muskel ist von Vorteil, weil sie einerseits für die zu impfende Person deutlich angenehmer ist als eine Injektion direkt in die Blutbahn oder den Bauchfellraum. Andererseits verweilt die Wirkstoff-mRNA bei dieser Injektionsart länger im Körper und kann dadurch über einen längeren Zeitraum hinweg in Protein übersetzt werden.3 Diese Proteine regen die Immunantwort im Körper an und trainieren so das gesamte Immunsystem. Unter anderem aus den genannten Gründen werden mRNA-Impfstoffe in den Muskel injiziert, wie es generell bei fast allen Impfungen üblich ist.
Bei einer COVID-19-mRNA-Impfung wird die mRNA mit der Bauplankopie für das Spike-Protein in den Muskel injiziert. Der Körper stellt anhand dieser Informationen das Spike-Protein her und aktiviert damit das Immunsystem. Dies geschieht in einem zweistufigen Prozess: Zunächst wird das angeborene Immunsystem und später das erworbene beziehungsweise adaptive Immunsystem aktiviert. Das angeborene Immunsystem, auch unspezifisches Immunsystem genannt, reagiert grundsätzlich als Erstes und schnell auf jegliche Fremdkörper. Das erworbene Immunsystem ist der Teil der Immunabwehr, den der Körper durch Kontakt mit Krankheitserregern und durch den Aufbau eines Immungedächtnisses erwirbt (Video: Die Immunisierung). Es befähigt den Körper, schneller und vor allem spezifisch auf bereits bekannte Krankheitserreger zu reagieren und im Fall von SARS-CoV-2 eine gezielte Immunantwort gegen das Spike-Protein zu bilden (Video: Der Impfschutz). Nach Umschreiben der mRNA in Protein, wird die mRNA für den weiteren Prozess nicht mehr benötigt. Spezielle Enzyme, die sogenannten RNasen, spalten die mRNA in kleine Fragmente auf. Diese werden dann im Körper abgebaut (Artikel: mRNA wird vollständig abgebaut).
mRNA-Impfungen aktivieren das Immunsystem über die Lymphknoten
Auch zum Prozess der Aktivierung des Immunsystems durch mRNA-Impfungen wurde in den vergangenen 2 Jahrzehnten viel geforscht.4 Studien ergaben, dass in den Muskel verabreichte mRNA-Impfstoffe das angeborene Immunsystem an der Injektionsstelle aktivieren.5 Das erworbene Immunsystem reagiert zusätzlich an den nächstgelegenen Lymphknoten und löst dadurch die Immunantwort im gesamten Körper aus.5 Wird der Impfstoff also beispielsweise in den rechten Oberarm verabreicht, sind vor allem die Lymphknoten an der rechten Achsel beteiligt. Dort werden die Immunzellen über die körperfremden Proteine informiert, verteilen sich über die Lymph- und Blutgefäße und gewährleisten so die Immunabwehr im gesamten Körper.
Quellen
1 Zhang C et al. Front Immunol 2019; 10(594). DOI: 10.3389/fimmu.2019.00594
2 Lowe D. mRNA Vaccines: What Happens. Science 2021. (Stand 25.06.2021)
3 Pardi N et al. Journal Control Release. 2015;217:345-351. DOI: 10.1016/j.jconrel.2015.08.007
4 Armbruster N et al. vaccines 2019;7(132):1-12. DOI: 10.3390/vaccines7040132
5 Lutz J et al. NPJ vaccines 2017;2(1):1-9. DOI: 10.1038/s41541-017-0032-6
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