Die Zukunft der mRNA-Therapien

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4 Aug, 2025

Aurelie Demont

Die Messenger-Ribonukleinsäure-Technologie (mRNA) hat in den letzten Jahren einen hohen Entwicklungsstand erreicht und wird eine Vielzahl biomedizinischer Anwendungen revolutionieren.

Hand in blauem Handschuh, die einen Behälter hält

Diese Technologie befand sich bereits seit Jahrzehnten in der Entwicklung, erlangte jedoch während der COVID-19-Pandemie weltweite Bekanntheit, als sie als Grundlage für dringend benötigte Impfstoffe diente. Bei der Entwicklung von mRNA-Therapien gibt es nach wie vor verschiedene technische und produktionstechnische Herausforderungen, die ihre breite Anwendung behindern. Die jüngsten Fortschritte haben jedoch dazu geführt, dass diese Technologie entscheidende Auswirkungen auf wichtige Therapiebereiche in der Biomedizin hat, darunter Onkologie, Immunologie, genetische Störungen sowie Infektions- und chronische Krankheiten. Die Entwicklung von mRNA-Therapien wurde teilweise durch gleichzeitige Fortschritte bei Präzisionsinstrumenten und Messtechnologien ermöglicht. Während Impfstoffe wahrscheinlich eine zentrale Anwendung der mRNA-Technologie bleiben werden, dürften andere Anwendungen wie Gen-Editing und Proteinersatz ebenfalls transformative Auswirkungen haben. In diesem Artikel geht es um die Verbesserungen bei der Effizienz der Entwicklung von mRNA-Therapien und darum, wie mRNA-Technologien dadurch ihr Potenzial als bahnbrechende Therapien für eine Reihe von Erkrankungen ausschöpfen können.

„Die Analysegeräte von METTLER TOLEDO ermöglichen die genaue Messung wichtiger Parameter wie Reinheit und Konzentration, die für die Optimierung der Ausbeute und die Gewährleistung der Produktintegrität bei mRNA-Therapeutika von entscheidender Bedeutung sind.”
Dr. Hans-Joachim Muhr, Segment Business Development Manager

Die mRNA-Technologien haben in den letzten Jahren rasante Fortschritte gemacht. Dies ist vor allem auf die erfolgreiche Überwindung erheblicher produktionstechnischer Hindernisse und logistischer Herausforderungen im Zusammenhang mit der Lagerung, Verteilung und Implementierung in der Praxis zurückzuführen.

Stabilität

Finger eines Wissenschaftlers, der eine Flüssigkeit hält

mRNA ist ein inhärent instabiles Molekül, das sehr temperaturempfindlich und anfällig für spontane Autohydrolyse ist. Dies hat Auswirkungen auf die Haltbarkeit während des Transports, der Lagerung und der therapeutischen Anwendung. mRNA muss bei sehr niedrigen Temperaturen gelagert werden, um stabil zu bleiben. Sie kann jedoch selbst unter optimalen Bedingungen mit der Zeit abgebaut werden.

Immunogenität

Wissenschaftler, der in einem Labor mit mRNA arbeitet

Exogene RNA ist immunogen, d. h. mRNA-Therapien können schwere Immunreaktionen auslösen, die über die erforderliche Reaktion auf das Zielantigen hinausgehen und ihre Implementierung beim Menschen erheblich erschweren. Die Modifizierung von Uridinbasen und das Design von Sequenzen zur Reduzierung der Häufigkeit doppelsträngiger RNA trägt zur Reduzierung unerwünschter Immunogenität bei, bleibt jedoch ein wichtiges Thema, das bei zukünftigen Rezepturen berücksichtigt werden muss. DNA-Reste, die bei der Herstellung von mRNA-Therapien verwendet werden, können erheblich zu unerwünschten Immunreaktionen bei den Empfängern beitragen, wenn sie nicht ausreichend aus den Rezepturen entfernt werden.

Translationale Effizienz

Wissenschaftler, die an Computern arbeiten

Damit mRNA-Therapien ihre therapeutische Wirkung entfalten können, müssen sie mithilfe endogener Translationsmechanismen übersetzt werden. Allerdings litten frühe Durchläufe von mRNA-Therapien unter ineffizienten Translationsraten, was die effektive therapeutische Dosis reduzierte.

Produktionsengpässe

Die Produktion von mRNA in grossem Massstab wird durch die Kosten der Reagenzien und komplexe technische Prozesse eingeschränkt. Ein besonders kostspieliger Schritt ist das RNA-Capping, für das grosse Mengen teurer Reagenzien benötigt werden. Frühere Reagenzien, die zum Capping verwendet wurden, hatten ebenfalls eine geringe Capping-Effizienz und es bestand die Möglichkeit, dass nicht übersetzbare mRNA-Moleküle entstanden.

Fortschritte seit dem Covid-Impfstoff

mRNA-Formate

mRNA-Moleküle werden heute in verschiedenen Formaten hergestellt, einschliesslich zirkulärer RNA und selbstverstärkender RNA. Diese Formate tragen dazu bei, Probleme in Bezug auf Stabilität, Immunogenität und Dosierung zu vermeiden. Verbesserungen bei der Codon-Optimierung haben zur Lösung der Probleme der Translationseffizienz und der strukturellen Stabilität beigetragen.

Produktinnovationen

Durch die Entwicklung neuer Capping-Reagenzien wurde ein erheblicher Engpass bei der mRNA-Produktion im grossem Massstab beseitigt. Darüber hinaus tragen allgemeine Verbesserungen in den Bereichen Laborautomatisierung, Lagerung, Wägen und Analyseinstrumente erheblich zu schnelleren Entwicklungszyklen bei. Dank Innovationen können bestimmte Prozesse, für die früher separate Reaktionen erforderlich waren, nun in einem einzigen Produktionsschritt abgeschlossen werden. So können beispielsweise In-vitro-Transkription und Capping jetzt in derselben Mischung durchgeführt werden, was die Produktionsabläufe vereinfacht.

Abgabesysteme

Bei mRNA-Abgabesystemen, insbesondere bei Lipid-Nanopartikeln (LNPs), wurden rasante Fortschritte erzielt. LNP-Abgabesysteme tragen dazu bei, die mRNA-Stabilität während der Abgabe aufrechtzuerhalten und die Immunogenität zu reduzieren.

METTLER TOLEDO bietet automatisierte Plattformen für die In-vitro-mRNA-Transkription an, die zur Kostensenkung und Beseitigung häufiger Verunreinigungen beitragen. Es bietet ausserdem zuverlässige Lösungen für die Herstellung von PEG-Lipiden, die in LNPs verwendet werden, sowie UV/VIS-Spektralphotometrie-Tools für die Qualitätskontrolle während der gesamten mRNA-Therapieentwicklung.

Beschleunigtes Design

Künstliche Intelligenz (KI) wird bei der Automatisierung der Entwicklung von mRNA-Impfstoffen immer wichtiger und beschleunigt den Entwicklungsprozess durch die Optimierung der Auswahl wirksamer und stabiler mRNA-Sequenzen. Beispielsweise ermöglichte ein KI-Tool die Entwicklung eines COVID-Impfstoffs mit längerer Haltbarkeit, der im Vergleich zu früheren Entwicklungsmethoden eine stärkere Immunreaktion hervorrief. KI könnte auch zur Optimierung von Sequenzen für andere Anwendungen als mRNA-Impfstoffe eingesetzt werden.

Fortschrittliche Präzisionstechnologie und Automatisierung

Die Entwicklung von mRNA-Therapien erfolgt in einem Umfeld, das sowohl äusserst wettbewerbsintensiv als auch zeitkritisch ist. Daher sind Fortschritte bei analytischen Laborinstrumenten entscheidend für den Erfolg. Moderne Präzisionstechnologien tragen dazu bei, die Genauigkeit und Geschwindigkeit bei der Entwicklung dieser Spitzentechnologien zu gewährleisten, die Markteinführungszeit zu verkürzen und Unternehmen bei der Einhaltung von Branchen- und Regulierungsstandards zu unterstützen. METTLER TOLEDO bietet automatisierte Reaktorkontrollsysteme an, einschliesslich solcher für die In-vitro-mRNA-Transkription, die die Effizienz bei der Entwicklung von mRNA-Therapien erheblich steigern. Diese Systeme reduzieren die Variabilität und sorgen für Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit im Entwicklungsprozess.

Beschleunigte präklinische Tests

Die Automatisierung revolutioniert die Effizienz und Genauigkeit der Arbeitsabläufe im gesamten Biowissenschaftssektor. Sie erweist sich als besonders effektiv bei der Automatisierung von Assays mit hohem Durchsatz, einschliesslich zellbasierter Ansätze. Zellbasierte Assays dienen als Grundlage für die Prüfung verschiedener Parameter von mRNA-Impfstoffen während ihrer Entwicklung. Dies beinhaltet die Prüfung von mRNA-Konstrukten auf Antigenproduktion, Immunogenität des Antigens und zelluläre Toxizität. Toxizitätstests sind für die Entwicklung neuer Therapien von entscheidender Bedeutung. Sie sind jedoch besonders wichtig, um die Auswirkungen neuer Rezepturen und Verabreichungsstrategien für mRNA-Therapien zu verstehen.

Arzt, der einem Patienten eine Impfung verabreicht

Beschleunigte klinische Tests

Für viele während der COVID-Pandemie entwickelte mRNA-Impfstoffe war eine beschleunigte Zulassung vorgesehen. Technologische Fortschritte haben jedoch auch eine beschleunigte klinische Tests dieser Modelle ermöglicht. KI trägt zur Optimierung des Designs und der Durchführung klinischer Studien bei, indem sie die Auswahl geeigneterer Kohorten ermöglicht, die Patientenrekrutierung optimiert und die Datenanalyse zur genaueren Identifizierung von Mustern und Ergebnissen verbessert. Fortschritte bei Analyseinstrumenten verbessern kontinuierlich die Produktionsabläufe, einschliesslich des präzisen Wägens von Reagenzien und analytischer Tests, einschliesslich Massenspektroskopie, die zur Validierung der Qualität von mRNA-Technologien eingesetzt wird. Diese Verbesserungen helfen Forschern bei der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und eliminieren häufige Ursachen für Verzögerungen und Misserfolge bei klinischen Studien.

Die Entwicklung von mRNA-Impfstoffen während der COVID-19-Pandemie hat die Tür für die Anwendung der mRNA-Technologie in vielen anderen Bereichen geöffnet.

Onkologie

Aufgrund ihrer genetischen Instabilität weisen Krebsarten häufig Neoantigene auf, die sie von gesundem Gewebe unterscheiden. Das bedeutet, dass das Immunsystem darauf trainiert werden kann, Krebszellen zu zerstören, ähnlich wie es einen eindringenden Krankheitserreger zerstört. mRNA-Krebsimpfstoffe wirken, indem sie mRNA abgeben, die für spezifische Krebsantigene kodiert. Dadurch wird das Immunsystem trainiert, Krebszellen zu erkennen und anzugreifen. mRNA-Impfstoffe stellen eine führende Technologie für personalisierte medizinische Ansätze in der Krebsbehandlung dar. Derzeit laufen über einhundert klinische Studien zur Evaluierung von mRNA-Therapien zur Behandlung verschiedener Krebsarten.

Infektionskrankheit

mRNA-Technologien verfügen über das Potenzial für eine schnelle Entwicklung und sind daher als Therapie gegen Infektionskrankheiten äusserst nützlich. mRNA kann theoretisch für eine nahezu unbegrenzte Anzahl einzigartiger Proteine kodieren. Dies bedeutet, dass das sie problemlos zur Bekämpfung neu auftretender Krankheitserreger eingesetzt werden können, wie z. B. während der COVID-19-Pandemie. Sie können aber auch bei sich schnell entwickelnden Krankheiten wie HIV und Grippeviren eingesetzt werden. mRNA-Impfstoffe könnten die jährliche Entwicklung von Grippeimpfstoffen beschleunigen, Ressourcen freisetzen und eine effiziente Einführung von Impfstoffen ermöglichen. Ein mRNA-basierter Impfstoff gegen das Epstein-Barr-Virus befindet sich in Phase-I-Studien.

Autoimmunerkrankungen

Diese Krankheiten treten auf, wenn das Immunsystem gesundes Wirtsgewebe angreift. mRNA-Technologien könnten eingesetzt werden, um eine Immuntoleranz zu erzeugen und entzündliche Reaktionen gegen körpereigene Antigene oder bestimmte Gewebetypen zu verhindern. Durch die Kodierung von Proteinen oder Peptiden, die Immunreaktionen modulieren, können mRNA-Therapien die Bildung regulatorischer Immunzellen oder tolerogener Proteine fördern. Eine mRNA-basierte Therapie von Moderna , die Interleukin 2 kodiert, um die Populationen T-regulatorischer Zellen zu vergrössern, befindet sich derzeit in der klinischen Entwicklung.

Arzt, der eine Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme betrachtet

Genetische Störungen

Bisher konzentrierte man sich bei der mRNA-Technologie vor allem auf den Einsatz in Impfstoffen und die Stärkung des Immunsystems zum Schutz vor Infektionskrankheiten. Die mRNA-Technologie ist jedoch unglaublich vielseitig und kann für andere Anwendungen eingesetzt werden. Viele Krankheiten entstehen durch die Produktion fehlerhafter Proteine, die auf zugrunde liegende genetische Mutationen zurückzuführen sind. mRNA-Therapien ermöglichen die Bereitstellung gesunder mRNA-Kopien an Patienten, die anschliessend in funktionsfähige Proteine übersetzt werden. Dies könnte insbesondere für Krankheiten wie Mukoviszidose (CF) von Bedeutung sein, die durch Mutationen in einem einzelnen Gen entstehen und deren Mutationslandschaft genau definiert ist. Zwar würde dies eine vorübergehende Behandlung der Erkrankung ermöglichen, würde aber im Vergleich zur Integration von Gentherapien wahrscheinlich keinen dauerhaften Nutzen bringen. Derzeit läuft eine klinische Studie im Frühstadium, um die Wirkung von mRNA, die gesunde Kopien des ursächlichen Proteins bei Mukoviszidose kodiert, auf die Verbesserung der Lungenfunktion zu untersuchen.

Darüber hinaus kann die mRNA-Technologie zur Entwicklung von Gen-Editing-Instrumenten wie dem CRISPR-Cas9-System zur Behandlung verschiedener genetischer Erkrankungen genutzt werden. Bei diesem Ansatz kann die Therapie entweder direkt an den Patienten verabreicht werden oder indem die Zellen ausserhalb des Körpers modifiziert und anschliessend wieder eingeführt werden.

Regenerative Medizin

mRNA-Therapien könnten in der regenerativen Medizin eingesetzt werden, um Proteine zu kodieren, die die Gewebereparatur unterstützen oder die Reparaturmechanismen des Körpers auf bestimmte Bereiche lenken. Dieser Ansatz könnte in der Kardiologie revolutionär sein, da geschädigtes Herzgewebe nicht so effektiv heilt wie anderes Gewebe im Körper. Dieser Ansatz bietet möglicherweise Vorteile gegenüber Gentherapien, da die Dosierung an die individuellen Bedürfnisse des Patienten angepasst werden kann und die Behandlung abgebrochen werden kann, sobald das geschädigte Gewebe verheilt ist.

Diabetes

mRNA könnte auf verschiedene Weise zur Behandlung von Diabetes eingesetzt werden. Eine Option besteht darin, mRNA zu verwenden, um Betazellen mit Anweisungen für die Regeneration zu versorgen und die Proliferation und Differenzierung von Betazellvorläufern zu steigern. Vielversprechende Ergebnisse wurden bei Mäusen beobachtet, bei denen die Injektion von mRNA die Wundheilung bei Diabetes förderte. mRNA könnte auch für das Gen-Editing verwendet werden, um bei der Heilung genetisch bedingter Diabetesfälle zu helfen.

Zu bewältigende Herausforderungen

Trotz Fortschritten in der mRNA-Technologie und Effizienzsteigerungen bei der Herstellung ist die Technologie noch lange nicht optimiert, und in vielen grundlegenden Bereichen besteht noch Handlungsbedarf.

Langsame Produktion

Aktuelle Prozesse sind nicht vollständig auf Automatisierung und kontinuierliche Verarbeitung ausgelegt, was zu einer langsameren Entwicklung von mRNA-Therapeutika führt. Produktionsineffizienzen können auch die Anzahl der Gefrier-/Auftauzyklen erhöhen, denen die mRNA während der Entwicklung ausgesetzt ist. Dies verringert die Produktionsausbeute und beeinträchtigt die Qualität.

Lagerung

Die mRNA-Produktion in grösserem Massstab bringt Probleme mit der langfristigen Lagerung mit sich. Die Gefriertrocknung hat sich als eine Möglichkeit zur Lagerung verkapselter mRNA-Therapien bei höheren Temperaturen erwiesen, was dazu beitragen kann, logistische Probleme in der Vertriebskette zu lindern. Diese Lagerungsmethode beeinträchtigt jedoch bekanntermassen die Verkapselungseffizienz.

Kosten

Durch Automatisierung lassen sich die Kosten der Massenproduktion zu senken. Die Produktion patientenspezifischer mRNA in kleinerem Massstab wird jedoch wahrscheinlich weiterhin sehr teuer sein und zu den Ineffizienzen einer Produktion in kleinerem Massstab neigen. Dies könnte den Einsatz von mRNA für die personalisierte Medizin einschränken, während Anwendungen wie grosse Impfprogramme weniger betroffen sind.

Immunogenität und Toxizität

Die Skalierung von Qualitätskontrollprozessen wie der Chromatographie ist eine weitere Herausforderung, die bewältigt werden muss, um ungeeignete immunstimulierende Moleküle aus therapeutischen mRNA-Formulierungen zu entfernen. Einige mRNA-Transportsysteme neigen dazu, sich in der Leber anzusammeln und zu Lebertoxizität zu führen. Daher ist die Entwicklung von Technologien, die LNPs gezielt auf bestimmte Organe ausrichten, wichtig.

METTLER TOLEDO bietet fortschrittliche Wäge- und Analyseinstrumente an, die dazu beitragen, die zur Gewährleistung der Genauigkeit während der Arbeitsabläufe bei der Entwicklung von mRNA-Therapien beitragen. Darüber hinaus verringern unsere automatisierten Lösungen die Variabilität und ermöglichen eine effiziente Prozessskalierung, die die Kosten und die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler reduziert. Zusammengenommen bietet METTLER TOLEDO dank dieser Plattformen eine optimierte, ressourceneffiziente mRNA-Produktion an, die durch Partnerschaften Agilent, mit dem globalen Marktführer im Bereich Bioprozesse, und dem führenden Robotikhersteller ABB ermöglicht wird.

Moderne Laborinstrumente spielen eine entscheidende Rolle bei der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, da sie die für die Entwicklung fortschrittlicher Therapien erforderliche Präzision gewährleisten. Darüber hinaus unterstützen hochmoderne Analyseplattformen die Rückverfolgbarkeit, Konsistenz und Qualitätssicherung der Daten, die für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften während des gesamten Entwicklungsprozesses von entscheidender Bedeutung sind.

Da sich mRNA-Technologien weiterentwickeln und immer mehr praktische therapeutische Anwendungen finden, wird die Notwendigkeit einer regulatorischen Standardisierung immer dringlicher. Abweichungen im Herstellungsprozess können zu inakzeptablen Konzentrationen immunstimulierender Verunreinigungen führen, wie beispielsweise der für die mRNA-Produktion verwendeten DNA-Vorlage. Darüber hinaus erschwert die Unsicherheit hinsichtlich der regulatorischen Anforderungen den Unternehmen die effiziente Durchführung klinischer und präklinischer Tests. So wurden beispielsweise bei Mikrofluidystemen zur Verkapselung von mRNA zwar Innovationen entwickelt, es gibt jedoch keinen standardisierten Prozess und die Verfahren sind an bestimmte Geräte angepasst. Die Implementierung standardisierter Analysetechniken zum Testen und Herstellen von mRNA-Technologien wird dazu beitragen, die Sicherheit, Wirksamkeit und Konsistenz dieser Therapien bei verschiedenen Herstellern sicherzustellen. Eine Klarstellung der Goldstandard-Schutzmethoden wird die Entscheidungsfindung vereinfachen und gezieltere Bemühungen zur Beseitigung von Produktionsengpässen und zur Erkundung neuer therapeutischer Ansätze ermöglichen.

Wissenschaftler, der lächelnd auf einen Computer schaut

Die mRNA-Technologie hat die Impfstoffentwicklung bereits revolutioniert und ihr Potenzial geht weit über Infektionskrankheiten hinaus. Dank der Fortschritte bei der Stabilität, den Verabreichungssystemen und der Produktionseffizienz von mRNA werden mRNA-Therapien die Onkologie, Autoimmunerkrankungen, seltene genetische Erkrankungen und chronische Erkrankungen wie Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen grundlegend verändern. Trotz dieser spannenden Möglichkeiten müssen wichtige Herausforderungen wie Immunogenität, Ineffizienz bei der Produktion im grossen Massstab und Qualitätskontrolle bewältigt werden, um das therapeutische Potenzial von mRNA voll auszuschöpfen. Im Zuge fortwährender Forschung und sich weiterentwickelnder regulatorischer Standards ist die mRNA-Technologie auf dem besten Weg, sich zu einem vielseitigen, leistungsstarken Werkzeug in der modernen Medizin zu entwickeln, das Hoffnung auf personalisierte Behandlungen und effizientere Lösungen im Gesundheitswesen macht.

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