Der Erfolg von mRNA-Impfstoffen könnte als Blaupause für die Bekämpfung anderer Krankheiten dienen

Für Länder, die es in die Hände bekommen konnten, kam die schnelle Entwicklung von mRNA-Impfstoffen gegen COVID-19 einem Wunder nahe und rettete schätzungsweise 1,1 Millionen lebt allein in den Vereinigten Staaten.

Durch die Nutzung der jüngsten Entwicklungen in der Gensequenzierung, der chemischen Synthese und neuen Verabreichungsmechanismen konnten die Wissenschaftler die ersten klinischen Studien für mRNA-Impfstoffe nur vier Monate nach der Ausrufung einer Pandemie durch die Weltgesundheitsorganisation starten. Dieser Erfolg könnte laut Branchenbeobachtern als eine Art Blaupause dienen, um andere schwer zu behandelnde Krankheiten zu bekämpfen.

„Es war wirklich die Entwicklung mehrerer Technologien, die uns in eine Position brachte, in der wir sehr, sehr schnell reagieren konnten“, sagt Richard Bozzato, Senior Health Advisor bei MaRS. “Es hat gezeigt, dass wir es schaffen können.”

Forscher nutzen diese Fortschritte, um alle Aspekte der Arzneimittelentwicklung zu beschleunigen – von der Entdeckung bis zur Verabreichung eines Medikaments – mit dem Potenzial, Kosten zu senken, Zeit zu sparen und mehr Patienten zu helfen. “Das ganze Ziel hier”, sagt Bozzato, “ist es, so viele Patienten wie möglich heilen zu können.”

Einsatz von KI zur Beschleunigung der Arzneimittelentwicklung

Weniger als 10 Prozent der neuen Verbindungen schaffen es jemals aus dem Reagenzglas in die klinische Anwendung. Die meisten erweisen sich als weniger wirksam oder giftiger als ursprünglich angenommen. Auch dann können viele zugelassene Medikamente schwerwiegende Nebenwirkungen haben.

Im Moment ist der Entdeckungs- und Entwicklungsprozess ein „Hit and Miss“, sagt Bozzato. „Du machst ein Experiment und siehst, was passiert. Dann entdeckt man etwas, mit dem man nicht gerechnet hat.“ Hier können künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen helfen: Durch die Durchführung von Tests durch Computermodelle können sie Probleme identifizieren und viel schneller vielversprechende neue Verbindungen finden.

„Wenn Sie die Geschwindigkeit computergestützter Ansätze mit der Intuition und Brillanz des menschlichen Geistes kombinieren können, können Sie anfangen, andere Fragen für ein anderes Problem zu stellen“, sagt Naheed Kurji, Mitbegründer, Präsident und CEO des in Toronto ansässigen Unternehmens Cyclica. „Es bedeutet mehr Medikamente, bessere Medikamente – schneller. Wir müssen nicht 12 Jahre warten, um sie zu bekommen.”

Forscher entwickeln seit mehr als 20 Jahren Computertechniken, um die molekularen Treiber der Krankheit zu lokalisieren, aber das Gebiet hat sich in den letzten fünf Jahren erheblich erweitert, da mehr genetische Daten verfügbar werden. Ein großer Durchbruch gelang letztes Jahr, als Googles Startup für künstliche Intelligenz Deep Mind freien Zugang zu seiner AlphaFold-Datenbank mit dreidimensionalen Proteinstrukturen gewährte.

Das Programm sagt diese Strukturen mit einer Genauigkeit von mehr als 90 Prozent voraus – doppelt so genau wie frühere Programme. Arbeiten, die Monate oder Jahre gedauert hätten, können jetzt in wenigen Stunden oder Tagen erledigt werden, sagt Bozzato.

Mehr als 400 Unternehmen weltweit arbeiten derzeit in diesem Bereich und zielen auf Krankheiten von Alzheimer und Parkinson bis hin zu verschiedenen Krebsarten ab. Cyclica untersucht neue Behandlungen für eine Reihe schwer zu behandelnder Krankheiten, darunter einige Erkrankungen des zentralen Nervensystems wie Schmerzen und Wirbelsäulenerkrankungen. Und Tiefe Genomikein weiteres in Toronto ansässiges Unternehmen, bereitet seine ersten KI-entdeckten Arzneimittelprogramme für klinische Studien vor.

Suche nach einem besseren Liefermechanismus

Medikamente wirken nur, wenn sie zur richtigen Zeit am richtigen Ort ankommen. Wenn sie am Ziel sind, können sie Krankheiten in den betroffenen Geweben mit minimalen Nebenwirkungen behandeln. Forscher entwickeln seit Jahrzehnten sichere und wirksame Technologien zur Arzneimittelverabreichung, aber neue, komplexere Therapien wie mRNA und Genbearbeitung erfordern komplexere Verabreichungssysteme. Hier kommen Lipid-Nanopartikel ins Spiel.

Lipid-Nanopartikel sind die winzigen Hüllen, die den Wirkstoff in mRNA-COVID-Impfstoffen abgeben. Ihr Erfolg bei den mRNA-Impfstoffen deutet darauf hin, dass sie ein viel größeres Potenzial haben, andere innovative Therapien wie kleine Medikamente, Proteine ​​oder genetisches Material sicher zu verabreichen.

“Die Sicherheit und Wirksamkeit dieser Impfstoffe zu sehen, war ein Beweis dafür, dass Sie diese für eine neue Modalität verwenden könnten”, sagt Brent Stead, Mitbegründer und Chief Executive Officer von Spezifische Biologika, ein Gen-Editing-Unternehmen in der Entdeckungsphase, das mit Lipid-Nanopartikeln experimentiert, um Gentherapien bereitzustellen. „Wenn es in dieser Anwendung funktioniert, gibt es grundsätzlich keinen Grund, warum es in anderen nicht funktionieren sollte.“

Die Partikel, bei denen es sich um Fettmoleküle handelt, die menschlichen Zellen sehr ähnlich sind, wirken als Schutzschicht für niedermolekulare Therapien auf ihrem Weg zu ihren Zielzellen. Ihre Ähnlichkeit mit menschlichen Zellen bedeutet, dass sie den natürlichen Abwehrkräften des Körpers entgehen können, wodurch sie ungiftig werden. Sie sind besonders effektiv darin, bestimmte Organe oder Zellen zu erreichen, da sie chemische Strukturen an ihrer Oberfläche anheften können, die einzigartige Moleküle auf ihren Zielen erkennen.

Forscher prüfen, ob Lipid-Nanopartikel verwendet werden können, um die CRISPR-Geneditierungstechnologie bereitzustellen, um seltene Krankheiten zu bekämpfen, die durch eine einzelne genetische Mutation verursacht werden, wie ALS, die Huntington-Krankheit und Augenkrankheiten, die Blindheit verursachen. “Sie können sich eine Behandlung vorstellen, bei der Sie die Behandlung einmal durchführen und die Krankheit dauerhaft korrigiert”, sagt Stead.

In Kalifornien ansässig Intellia-Therapeutika hat kürzlich die ersten klinischen Sicherheitsstudien mit der Kombination zur Bekämpfung von Lebererkrankungen gestartet, und Specific Biologics führt Laborforschung zu Krankheiten durch, die die Lunge betreffen, wie z. B. Mukoviszidose.

Behandlungen sind jedoch noch einige Jahre entfernt. Obwohl CRISPR in Tiermodellen funktioniert, finden Forscher immer noch heraus, wie man es dazu bringen kann, konsequent auf eine bestimmte genetische Mutation abzuzielen, ohne andere Zellen zu schädigen. Eine weitere Herausforderung, sagt Stead, ist die Tatsache, dass Lipid-Nanopartikel dazu neigen, sich in der Leber anzusammeln, was sie am effektivsten für die Bekämpfung von Lebererkrankungen macht. Biotech-Unternehmen arbeiten jetzt an LNPs der nächsten Generation, die auf verschiedene Gewebe und Organe abzielen.

Erstellen einer maßgeschneiderten Behandlung

Eine der Herausforderungen bei der Behandlung von Krebs besteht darin, dass Krebszellen ständig nach Wegen suchen, um zu überleben. Sie können zunächst auf eine Behandlung ansprechen, dann aber mutieren und Resistenzen entwickeln. Ärzte müssen dann eine neue Behandlung finden. In anderen Fällen sprechen die Patienten überhaupt nicht auf die Therapie an. Wissenschaftler wenden sich der Sequenzierung der nächsten Generation zu, um die Behandlung zu finden, die auf den einzelnen Patienten zugeschnitten werden kann, und um festzustellen, warum die Behandlung fehlgeschlagen ist.

Xue Wu, Mitbegründer von Geneseeq, eines der auf diesen Bereich spezialisierten Unternehmen, erinnert sich an eine Frau, die bei einem fortgeschrittenen Sarkom nicht auf eine herkömmliche Chemotherapie ansprach und auf der Intensivstation lebenserhaltend war. Mithilfe von Next-Generation-Sequencing entdeckte Wu, dass eine seltene genetische Mutation Resistenzen verursacht haben könnte. Sie half ihr, an einer klinischen Studie für ein neues Medikament teilzunehmen, das auf diese Mutation abzielt. Innerhalb von 10 Tagen hatte sich der Tumor dramatisch verkleinert und die Frau lebte weitere 10 Monate, bevor sie eine Resistenz gegen dieses Medikament entwickelte und starb.

Die Sequenzierung der nächsten Generation kann Hunderte von Genen gleichzeitig kartieren und die Mutation in nur fünf Tagen finden, sodass Ärzte Behandlungen finden können, die nur auf diese Zellen abzielen. Seit die in den USA ansässige Foundation Medicine die Technik vor einem Jahrzehnt kommerziell verfügbar gemacht hat, hat ihre Anwendung in den USA und anderen Ländern schnell zugenommen. Die Technik sei besonders nützlich bei Lungenkrebs, sagt Wu, für den es mehrere Generationen von Präzisionsbehandlungen gibt. „Sie haben die Möglichkeit, verschiedene Medikamente zu wählen, damit der Patient eine längere Lebensdauer hat. Es verbessert die Fünf-Jahres-Überlebensrate dieser Patienten erheblich.“

Die nächste Grenze, fügt Wu hinzu, ist die Entwicklung präziserer Behandlungen für andere Arten von Krebsmutationen, für die es derzeit keine brauchbaren Behandlungsoptionen gibt. Forscher prüfen nun, ob Technologien wie CRISPER-Geneditierung und mRNA-Impfstoffe eingesetzt werden könnten.

Skalierung von Behandlungen

Die andere große Herausforderung für kanadische Unternehmen, die daran arbeiten, die Arzneimittelentwicklung zu beschleunigen, liegt außerhalb des Labors, im kommerziellen Bereich, sagt Bozzato. Der Erfolg von COVID-Impfstoffen hat gezeigt, dass viele kanadische Forscher führend in der Arzneimittelentwicklung sind. Zum Beispiel war Peter Culis, jetzt emeritierter Professor an der University of British Columbia, einer der Pioniere bei der Entwicklung von Lipid-Nanopartikeln. Das BC-Unternehmen Genevent Sciences Corporation liefert LNPs an die Hersteller von mRNA-Impfstoffen Pfizer-BioNTech und Moderna.

Allerdings als letzten Bericht Laut dem Innovation Economy Council verfügt Kanada derzeit nicht über die groß angelegten Produktionsanlagen, die dazu beitragen könnten, einheimische Forschung in einheimische Therapien umzusetzen. Die Bundesregierung hat begonnen, das Problem anzugehen und 1,2 Milliarden US-Dollar in verschiedene Projekte zu investieren, die Kanada helfen könnten, sich einen Teil der wachsenden globalen Biotech-Industrie zu sichern.

Das MaRS Auswirkungen auf die Gesundheit Konferenz, die vom 25. bis 27. Mai stattfindet, untersucht die neuesten Innovationen in der Biotechnologie.

Anita Elash ist eine Freiberuflerin, die für MaRS über Technologie schreibt. Torstar, die Muttergesellschaft des Toronto Star, ist eine Partnerschaft mit MaRS eingegangen, um Innovationen in kanadischen Unternehmen hervorzuheben.

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