Nichtvirale Vektoren
Authors: Aigner Achim 
Published: December 2023

Die Verwendung von Nukleinsäuren als Therapeutika hat in den letzten Jahrzehnten – und im Fall von RNA-Molekülen speziell in den letzten Jahren – neue therapeutische Möglichkeiten eröffnet. Jenseits anderer, konventioneller Wirkstoffe, die vor allem auf Proteinebene wirken, lassen sich so innovative Wirkprinzipien erschließen, die auf DNA- bzw. RNA-Ebene eingreifen und damit eine direkte und spezifische Beeinflussung der Proteinbiosynthese gestatten. Hierbei kann zunächst grob zwischen verschiedenen Strategien unterschieden werden: klassische Gentherapie („gene replacement“ bzw. „gene addition“), Herabregulation einer Genexpression („gene knockdown“) über Antisense-Oligonukleotide (ASO) oder RNA-Interferenz (RNAi), Splicing-Korrektur („exon skipping“ im Sinne einer Korrektur des Leserasters bei der Genexpression über Antisense-Oligonukleotide) und gentechnische Veränderungen („gene/genome engineering/editing“) unter Einbringung fremden genetischen Materials über spezifische Designernukleasen wie CRISPR/Cas. Neuerdings hat auch – und nicht nur im Kontext der neuen Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 – mRNA („messenger RNA“) als Therapeutikum oder therapeutisches Zielmolekül an Attraktivität gewonnen. Gerade im Fall der RNA-basierten Therapeutika, wozu mRNAs, die RNAi-induzierenden „small interfering RNAs“ (siRNAs) sowie andere kleine RNAs wie microRNAs (miRNAs; agomiRs) oder miRNA-inhibierende antimiRs gehören, wird jedoch die besondere Bedeutung von Formulierungen („Verpackungen“) deutlich, um diese RNAs therapeutisch anwenden zu können. Denn bei allen Vorteilen in der Wirkweise zeigen nukleinsäurebasierte Therapeutika auch wesentliche Nachteile: So sind Nukleinsäuren vergleichsweise große und stark geladene Moleküle mit, gerade im Fall chemisch nichtmodifizierter RNAs, sehr geringer Stabilität und damit extrem kurzer Halbwertszeit. Zugleich wird durch ihre Molekülgröße und Ladung die Aufnahme in die Zellen – eine notwendige Voraussetzung für ihre Wirksamkeit, da sich ihr Wirkort in der Zelle befindet, – deutlich erschwert. Zwar können einzelsträngige kurze DNA-Stücke auch ohne chemische Hilfsmittel (Transfektionsreagenzien) in Zellen aufgenommen werden (dieser Prozess wird als Gymnosis bezeichnet), dies gilt jedoch nicht für andere Nukleinsäuren. Gerade die Instabilität und kurze Halbwertszeit von RNA-Molekülen machten sie zunächst ungeeignet als Therapeutika, da sie so kaum in der Lage sind, intakt ihren Wirkort zu erreichen. Zwar wurden über die letzten Jahrzehnte eine Vielzahl chemischer Modifikationen entwickelt, die mit der Zielsetzung einer Stabilitätserhöhung (Schutz gegen Abbau), Erhöhung der Bindungsstärke an ein Zielmolekül (Affinität und Spezifität) und Verbesserung der Verträglichkeit (verminderte Immunantwort) deutliche Vorteile gebracht haben (Behlke 2008), dennoch stellt der effiziente Transport der jeweiligen Nukleinsäure an den Wirkort weiterhin eine wesentliche Problematik dar. Dies hat schon früh zur Entwicklung nichtviraler Einschleusungssysteme, sog. nichtviraler Vektoren, geführt, die im Laufe der Jahre immer leistungsfähiger und an die verschiedenen Nukleinsäurearten adaptiert wurden. Nanotechnologiebasierte Gen- und Oligonukleotid-Einschleusung ist damit ein Forschungsgebiet innerhalb der Nanomedizin, das sich mit Nanomaterialien zur Formulierung von Nukleinsäuren für deren Anwendung in vitro (in der Zellkultur) und in vivo (im lebenden Organismus, einschließlich dem Menschen) befasst. Durch neuere Zelltherapieansätze mit der Notwendigkeit, beispielsweise Immunzellen (T-Zellen, NK-Zellen) genetisch zu modifizieren und hierfür evtl. auch nichtvirale Strategien einzusetzen, sind dabei auch In-vitro-Verwendungen von potenziell klinisch-translationalem Interesse.