Bakterienvermittelte orale Abgabe von viralen mRNA-Impfstoffen auf Replikonbasis

In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in Grenzen in der Immunologiehaben Wissenschaftler die Möglichkeiten der Entwicklung oraler mRNA-Impfstoffe auf Replikonbasis gegen das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) diskutiert. In diesen Impfstoffen wird das virale Semliki Forest-Replikon für die Transgenamplifikation verwendet, und die Salmonellen Vehikel wird für die orale Genabgabe verwendet.

Studien: Orale mRNA-Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten – eine bakterielle Perspektive. Bildnachweis: CROCOTHERY / Shutterstock

Hintergrund

Während der anhaltenden Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) wurden zwei mRNA-basierte Impfstoffe (Pfizer und Moderna) in Rekordzeit und Geschwindigkeit entwickelt und eingeführt. Sowohl in klinischen Studien als auch in realen Situationen haben diese Impfstoffe eine hohe Wirksamkeit bei der Prävention von SARS-CoV-2-Infektionen und symptomatischem COVID-19 gezeigt.

Es gibt zwei Arten von rekombinanten mRNA-Impfstoffen, einschließlich nicht-replizierender und selbstamplifizierender mRNA-Impfstoffe. Bei nicht-replizierenden Impfstoffen wird die interessierende mRNA in das Zytoplasma verabreicht, wo sie direkt translatiert wird, um immunogene Proteine ​​(Antigene) zu erzeugen. In selbstamplifizierenden mRNA-Impfstoffen werden die RNA-Replikons von Alphaviren wie dem Sindbis-Virus, dem Semliki-Forest-Virus und dem venezolanischen Pferde-Enzephalitis-Virus für die Expression/Amplifikation von Ziel-mRNAs verwendet.

Die herkömmlichsten Verabreichungswege von mRNA-Impfstoffen umfassen intramuskuläre, intradermale, intranodale und subkutane Injektionen. Diese Impfstoffe erfordern jedoch spezielle Lagerungs- und Transportbedingungen, um die Stabilität aufrechtzuerhalten. Außerdem verursachen Adjuvantien, die in diesen Impfstoffen verwendet werden, um die Immunogenität zu verbessern, oft nachteilige Nebenwirkungen und erhöhen die Produktionskosten. Um diese Mängel zu überwinden, ist es wichtig, verschiedene Verabreichungswege zu untersuchen, wie z. B. die orale Verabreichung.

Orale Abgabe eines mRNA-Impfstoffs gegen SARS-CoV-2

Das Haupthindernis für die orale Verabreichung von Impfstoffen ist der Abbau von mRNAs in der rauen Umgebung des Gastrointestinaltrakts (GI). Um dieses Hindernis zu überwinden, wurden mehrere Strategien entwickelt, wie z. B. Hefe-Ghosts, mikroverkapselte Antigene und mikrobielle Adhäsionen. Jedoch ist die schlechte intestinale Permeabilität der Formulierungen ein Hauptproblem bei diesen Strategien. Darüber hinaus wurden diese Strategien nicht untersucht, um mRNA-Impfstoffe zu liefern.

Wissenschaftler der Jeonbuk National University, Südkorea, haben eine neuartige Plattform zur Entwicklung oraler mRNA-Impfstoffe erforscht. Die Plattform nutzt Replikons von Alphaviren (Semliki-Forest-Virus) für die Zielgenamplifikation und Salmonellen Vehikel für die orale Abgabe des Zielgens.

Um die Transkription in Wirtszellen zu erleichtern und das Plasmid darin zu halten Salmonellenhaben die Wissenschaftler das Rückgrat des viralen Vektors umfassend modifiziert. Diese Modifikationen umfassen den Austausch des Bakteriophagen-Promotors (SP6) durch den Cytomegalovirus-Promotor, um die Gentranskription durch Säuger-RNA-Polymerasen zu ermöglichen. Der Ampicillin-Selektionsmarker wurde auch durch den auxotrophen Aspartat-Semialdehyd-Dehydrogenase-Marker ersetzt, um eine antibiotikafreie Aufrechterhaltung und Abgabe des Plasmids zu ermöglichen.

Die Wissenschaftler haben genutzt Salmonellen-vermittelter oraler Verabreichungsansatz für einen viralen Replikon-basierten mRNA-Impfstoff gegen SARS-CoV-2. Mechanistisch führt die orale Verabreichung des Impfstoffs zur Translokation von Salmonellen von der luminalen Oberfläche zur Submukosa über spezialisierte mikrogefaltete (M) Zellen im Darmepithel. Anschließend erfolgt die Erkennung und Übertragung der Bakterien durch Antigen-präsentierende Zellen über den Kreislauf an verschiedene Organe (Leber und Milz).

Der Vektor, der für das Semliki-Forest-Virus-Replikon und SARS-CoV-2-Proteine ​​(Impfstoffantigene) kodiert, wird anschließend durch bakterielle Lyse in das Zytoplasma der Wirtszelle freigesetzt, gefolgt von Transkription und Translation von Impfstoffgenen zur Herstellung von Impfstoffantigenen. Die Antigene werden anschließend den T-Zell- und B-Zellpopulationen präsentiert, was zur Induktion von zellulären und humoralen (Antikörper-vermittelten) Immunantworten führt.

Vorteile von Salmonellen-vermittelte orale Impfstoffabgabe

Der Hauptvorteil der oralen Verabreichung von mRNA-Impfstoffen ist die Induktion einer robusten mukosalen Immunantwort aufgrund der direkten Wechselwirkung von Salmonellen mit Immunzellen in Peyer-Plaques (eine Gruppe von Lymphfollikeln) im Dünndarm. Eine solche Reaktion ist besonders wirksam bei der Beendigung von Atemwegs- und Verdauungsinfektionen. Die Darmbakterien können über aktivierte Immunzellen Immunantworten in den Atemwegen induzieren. Außerdem Translokation von Salmonellen über den Kreislauf in verschiedene Organe gelangt, kann zur Induktion robuster systemischer Immunantworten führen.

Ein weiterer großer Vorteil ist die Fähigkeit von Salmonellen um in Antigen-präsentierende Zellen einzudringen und sich dort zu vermehren, sowie um das Zielgen direkt an diese Zellen zu liefern. Dies führt anschließend zu einer effektiven Expression des Zielgens innerhalb der Zellen und zur Induktion einer robusten Immunantwort.

Es werden keine zusätzlichen Adjuvantien benötigt Salmonellenvermittelte Impfstoffabgabe. Dies reduziert den Zeit- und Kostenaufwand für die Impfstoffherstellung erheblich und verhindert unerwünschte Nebenwirkungen. Die Thermostabilität von Salmonellen kann durch Gefriertrocknung verbessert werden, um den Impfstoffversand zu erleichtern.

Die Verwendung von Live-gedämpft Salmonellen für die orale Genabgabe bringt einige Nachteile mit sich. Das Hauptanliegen sind Sicherheitsprobleme, die durch Modifikation des Bakteriengenoms vermieden werden können. Ein weiterer Nachteil ist die bereits bestehende Immunität dagegen Salmonellen, die Wirksamkeit des Impfstoffs erheblich verringern. Dieses Problem kann auch durch genetische Veränderungen vermieden werden.

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