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Therapeutische Krebsimpfstoffe wurden erstmals vor 100 Jahren entwickelt und sind bis heute weitgehend wirkungslos geblieben. Bevor greifbare Ergebnisse erzielt werden können, müssen zwei große Hindernisse überwunden werden. Erstens: Da Tumormutationen bei jedem Patienten anders sind, müssen die Antigene der Krebszellen äusserst präzise angesteuert werden, was sehr schwer zu erreichen ist. Zweitens ist ein sicheres System erforderlich, um den Impfstoff an den richtigen Ort zu bringen und eine starke und spezifische Immunantwort zu erzielen.
Das Team von Li Tang an der School of Engineering der EPFL ist dabei, eine Lösung für das Lieferproblem zu finden. Die Forscher haben eine Polymerisationstechnik namens Polykondensation verwendet, um einen Impfstoff-Prototyp zu entwickeln, der automatisch an den gewünschten Ort reisen und dort Immunzellen aktivieren kann. Die patentierte Technik wurde erfolgreich an Mäusen getestet und ist Gegenstand einer Arbeit, die in ACS Zentrale Wissenschaft veröffentlicht wurde. Li Tang hat auch ein Start-up namens PepGene mitbegründet, das an einem Algorithmus zur schnellen und genauen Vorhersage mutierter Tumorantigene arbeitet. Zusammen sollten die beiden Techniken in den nächsten Jahren zu einem neuen und besseren Krebsimpfstoff führen.
Dem Körper helfen, sich zu verteidigen
Die meisten Impfstoffe - zum Beispiel gegen Masern und Tetanus - sind präventiv. Gesunde Personen werden mit geschwächten oder inaktivierten Teilen eines Virus geimpft, die ihr Immunsystem zur Produktion von Antikörpern veranlassen. Dies bereitet den Körper darauf vor, sich gegen zukünftige Infektionen zu wehren.
Das Ziel eines therapeutischen Krebsimpfstoffs ist jedoch nicht die Verhinderung der Krankheit, sondern die Unterstützung des Körpers bei der Abwehr einer bereits vorhandenen Krankheit. "Es gibt verschiedene Arten von Immuntherapien ausser Impfstoffen, aber einige Patienten sprechen nicht gut auf diese an. Der Impfstoff könnte mit diesen Immuntherapien kombiniert werden, um die bestmögliche Immunantwort zu erzielen", erklärt Li Tang. Ein weiterer Vorteil ist, dass Impfstoffe das Risiko eines Rückfalls verringern sollten.
Aber wie funktioniert das alles?
Vermeidung von Verlusten im Blutkreislauf
Die Verabreichung eines Krebsimpfstoffs an das Immunsystem umfasst verschiedene Stufen. Zunächst wird der Patient subkutan mit dem Impfstoff geimpft. Der Impfstoff gelangt so zu den Lymphknoten, wo sich viele Immunzellen befinden. Dort angekommen, soll der Impfstoff in die dendritischen Zellen eindringen, die als eine Art Alarmmechanismus fungieren. Wenn der Impfstoff sie richtig stimuliert, präsentieren die dendritischen Zellen spezifische Antigene für krebsbekämpfende T-Zellen, ein Prozess, der die T-Zellen aktiviert und trainiert, sie anzugreifen.
Das Verfahren scheint einfach zu sein, ist aber in der Praxis äußerst schwierig umzusetzen. Da sie sehr klein sind, neigen die Bestandteile eines Impfstoffs dazu, sich zu verteilen oder im Blutstrom absorbiert zu werden, bevor sie die Lymphknoten erreichen.
Um dieses Hindernis zu überwinden, hat Li Tang ein System entwickelt, das die Teile des Impfstoffs chemisch zu einer größeren Einheit zusammenbindet. Der neue Impfstoff mit dem Namen Polykondensat-Neoepitop (PNE) besteht aus Neoantigenen (mutierte Antigene, die für den anzugreifenden Tumor spezifisch sind) und einem Adjuvans. Wenn die Komponenten in einem Lösungsmittel kombiniert werden, binden sie sich auf natürliche Weise und bilden eine Einheit, die zu gross ist, um von den Blutgefässen aufgenommen zu werden, und dadurch auf natürliche Weise zu den Lymphknoten wandert.
Der Impfstoff ist zu gross, um von den Blutgefässen aufgenommen zu werden: er gelangt auf natürlichem Wege zu den Lymphknoten © LBI / EPFL
Einmal in einer dendritischen Zelle, trennen sich die Impfstoffkomponenten wieder. Dies ermöglicht es der dendritischen Zelle, den T-Zellen die richtigen Antigene zu präsentieren, was eine starke Immunantwort auslöst. "Dieser neue Impfstoff, kombiniert mit einer hoch entwickelten Analyse der Neoantigene jedes Patienten, sollte es ermöglichen, das Immunsystem von Krebspatienten auf eine personalisierte und sichere Weise zu aktivieren", sagt Li Tang.
Das Team ist noch dabei, das Stadium zu perfektionieren, in dem die tumorspezifischen Antigene erkannt werden. "Diese Phase der Identifizierung ist ebenso wichtig", schliesst Li Tang. "Da diese Neoantigene in gesunden Zellen nicht vorhanden sind, ermöglicht uns eine genaue Identifizierung, Tumorzellen sehr genau und ohne jegliche Toxizität in gesundem Gewebe anzuvisieren.