So bleibt mRNA stabil
Die Kühlung ist entscheidend für die Stabilität der COVID-19-mRNA-Impfstoffe.¹
COVID-19-mRNA-Impfstoffe basieren auf künstlich hergestellter mRNA (Messenger-Ribonukleinsäure). Diese enthält die genetische Information, die das körpereigene Immunsystem anregt, einen Immunschutz gegen SARS-CoV-2 aufzubauen (Artikel: mRNA-Impfung führt zu einer Immunantwort). Der Vorteil von mRNA ist, dass in kürzester Zeit große Mengen produziert werden können (Artikel: So funktioniert die Herstellung von mRNA-Impfstoffen). Zu den besonderen Herausforderungen gehört jedoch, die mRNA in den Impfstoffen bis zur Verabreichung stabil zu halten. Die Kühlung soll genau das gewährleisten.
Abbildung: Schritte der Impfstoffproduktion
Was die Stabilität der mRNA beeinflusst
Zwischen der DNA (Desoxyribonukleinsäure), die alle Erbinformationen eines Organismus enthält, und der mRNA, die nur bestimmte Abschnitte der DNA als Bauplankopie abbildet, gibt es einige wesentliche Unterschiede, die sich auf die Stabilität auswirken. So liegt die mRNA im Gegensatz zur DNA nicht als doppelsträngige Helix, sondern einzelsträngig vor. Auch im Zuckergerüst, das die DNA und mRNA jeweils zusammenhält, unterscheiden sich beide voneinander: RNA besteht aus Ribose, DNA aus Desoxyribose.2
Darüber hinaus weisen weitere Bestandteile der sogenannten Nukleotide (die grundlegenden Bausteine von mRNA und DNA) Unterschiede in ihrer Zusammensetzung auf. All diese Aspekte beeinflussen die Stabilität der mRNA, das heißt, wie lange sie vor einem Abbau oder Zerfall geschützt ist.2
Die unterschiedliche Stabilität hat dabei durchaus ihren Sinn. Denn während die DNA der Langzeitspeicher für Erbinformationen ist, dient die mRNA als kurzlebiger Bauplan für Proteine. Bei den COVID-19-mRNA-Impfstoffen hat dies den Vorteil, dass die mRNA nach der Impfung nicht lange im Körper verbleibt (Artikel: mRNA wird vollständig abgebaut).1,3
Warum mRNA-Impfstoffe gekühlt werden müssen
Um die Stabilität der COVID-19-mRNA-Impfstoffe bis zur Aufnahme der mRNA in die Zelle zu gewährleisten, wird die mRNA in kleine Fett-Tröpfchen, sogenannte Lipid-Nanopartikel, eingepackt. Diese stellen sicher, dass die Körperzellen die mRNA einfacher und zielgerichtet aufnehmen können.4
Eingehüllt in die Fett-Tröpfchen kann die mRNA im Impfstoff in den Körper geschleust werden, um dort ihre Wirkung zu entfalten. Da die mRNA nicht abgebaut werden darf, bevor die Immunantwort des Körpers ausgelöst wird, sollten die Lipide so wenig wie möglich in Bewegung sein. COVID-19-mRNA-Impfstoffe werden aus diesem Grund sowohl während der Herstellung als auch während der Lieferung und Lagerung tiefgekühlt.4 Wird die Kühlkette unterbrochen, läuft ein ähnlicher Prozess ab, wie wenn Wasser mit Öl gemischt wird: Lipid-Nanopartikel und mRNA trennen sich und die mRNA wird beschädigt. Damit ist sie nicht mehr geschützt, zerfällt oder wird abgebaut und verliert ihre Wirkung.
Ausblick: Erforschung technologischer Optionen zur Verbesserung der Stabilität
Aktuell werden Alternativen untersucht und erforscht, um die mRNA in Impfstoffen noch besser zu stabilisieren und somit die Handhabung zu vereinfachen.1
Quellen
1 Schoenmaker L et al. Int J Pharm 2021;601:120586. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2021.120586
2 Aufbau der DNA und RNA. Thieme via medici (Stand: 28.06.2022)
3 Wieso müssen die Covid-19 Impfstoffe so stark gekühlt werden? Wissenschaft im Dialog (Stand: 21.01.2021)
4 Hou X et al. Nat Rev Mater 2021;1-17. DOI: 10.1038/s41578-021-00358-0
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