mRNA-Wirkstoffe: Geschützt zur optimalen Wirkung
Berlin, Halle, 16.03.2023: Seit Januar dieses Jahres wird im Projekt „Zielwirk“
eine neue Chitosan-Technologie zur effizienten Freisetzung von mRNA-Wirkstoffen entwickelt. Die Technologie soll dafür sorgen, dass Medikamente zur Behandlung schwerer Krankheiten besser vom Körper aufgenommen sowie verarbeitet werden können. Die beteiligten Projektpartner Heppe Medical Chitosan GmbH, FDX Fluid Dynamix GmbH, die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg sowie das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) werden dabei vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über drei Jahre mit sechs Millionen Euro gefördert.
Die große Herausforderung beim Einsatz von RNA-Molekülen für medizinische Zwecke ist nach wie vor, dass sie sehr schnell enzymatisch abgebaut werden. Das heißt: Ohne einen speziellen Schutz können sie im Körper eines Menschen nicht lange genug bestehen, um an der richtigen Stelle ihre Wirkung zu entfalten. Für die Impfstoffproduktion, zum Beispiel, werden die mRNA-Moleküle in eine schützende Lipidhülle verkapselt. Derzeit verfügbare Technologien zur Erzeugung solcher Lipidnanopartikel und zur Verkapselung der Moleküle sind jedoch noch in ihrer Effizienz und Skalierbarkeit eingeschränkt.
Erste Forschungsergebnisse legen nahe, dass die mRNA-Technologie von aus Chitosan geformten Nanopartikeln profitieren kann. Die Heppe Medical Chitosan GmbH aus Halle (Saale), die seit 17 Jahren erfolgreicher Weltmarktführer für die Herstellung pharmazeutische Chitosane ist, steht dabei an der Seite der FDX Dynamix GmbH aus Berlin, die seit 2015 herausragende Düsen- und Mischtechnologien für verschiedene Industriezweige entwickelt. „Mit Hilfe der FDmiX-Plattform von FDX und dem Fraunhofer IPK wird es zukünftig möglich sein, mRNA beladene Chitosan-Nanopartikel schnell und effizient herzustellen. Erste Untersuchungen zeigten, dass durch die Technologie kleinere und sehr homogene Partikel hergestellt werden können. Dies ist bedingt duch die extrem kurzen Mischzeiten, die mit der FDmiX-Plattform realisiert werden.“ sagt Dr. Bernhard Bobusch, Mitgründer und Geschäftsführer von FDX. Das Unternehmen stärkt durch das Projekt seine Kompetenz in der Entwicklung von Mischtechnologien für den pharmazeutischen und kosmetischen Bereich, sowie im Bereich der Lebensmittel.
Die neuartigen Chitosan-Nanopartikel sollen höchsten Ansprüchen an eine nachhaltige, umweltverträgliche und flexible Gestaltung des Wirkstofftransports genügen, diesen verbessern sowie Nebenwirkungen stark minimieren. „Das Herausragende an Chitosanen ist, dass wir sie mit unserer Technologie passgenau für den Anwendungsfall konzipieren können, um eine optimale Verträglichkeit und Stabilität zu erhalten. Die vollständige Abbaubarkeit im Körper, eine sehr gute Biokompatibilität und die kationische Ladung der Chitosane sind ideal für den Wirkstofftransport.“, zeigt sich Katja Richter, Gründerin und Geschäftsführerin der Heppe Medical Chitosan, begeistert von dem natürlichen kationisch geladenen Polysaccharid, dass sie seit vielen Jahren aus Naturstoffen, wie zum Beispiel dem Panzer von Schalentieren gewinnt und für die Medizintechnik und Pharmazie nutzbar macht.
Als wissenschaftliche Partner unterstützen die Pharmazie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg das Projekt im Bereich Wirksamkeit, Stabilität und Analyse der Formulierungen sowie das Fraunhofer IPK im Forschungsprozess rund um die Ausrichtung und Optimierung der notwendigen Produktionstechnik.
Prof. Karsten Mäder vom Institut für Pharmazie wird seine langjährige Expertise im Bereich der Drug Delivery Systeme in das Projekt einbringen: „Die Stabilisierung und kontrollierte Freisetzung von RNA eröffnet viele innovative therapeutische Möglichkeiten. Ich freue mich sehr auf das Projekt und die Zusammenarbeit im Konsortium.“
Um die Nanopartikel für den Transport von mRNA-Therapeutika und anderen Wirkstoffen zu stabilisieren, untersuchen die Forscher im Projekt den Einfluss der Partikelzusammensetzung und der Prozessführung auf die Eigenschaften der Nanopartikel. Auf dieser Basis entwickeln sie neue Nanopartikel-Formulierungen sowie innovative Verkapselungssysteme, sogenannte Drug-Delivery-Systeme (DDS) für eine kontrollierte lokale Freisetzung der Wirkstoffe. Im Ergebnis des Grundlagenforschungsprojekts soll eine Plattformtechnologie entstehen, die es ermöglicht, zielgenau die Partikeleigenschaften sowie die Freisetzungsdauer für einen mRNA-Wirkstoff zu steuern.
„Das wechselseitige Zusammenspiel zwischen Partikeleigenschaften, Wirkstoff sowie Trägersystem ist noch nicht vollständig erforscht. Indem wir die Nanopartikeleigenschaften wie Größe, Ladung und Abbaubarkeit anpassen und eine geeignete biokompatible Trägermatrix identifizieren, wollen wir die Wirksamkeit von mRNA- und anderen Wirkstoffen über einen längeren Zeitraum ermöglichen“, sagt Christoph Hein, Abteilungsleiter Mikroproduktionstechnik am Fraunhofer IPK. »Auf diese Weise könnten Patientinnen und Patienten eine effektivere Behandlung erhalten.«
Mehr über das Forschungsprojekt Zielwirk: Zielgerichtete und langfristige Freisetzung von in Chitosannanopartikeln verkapselten Wirkstoffen sind auf den Webseiten der jeweiligen Partner und ab jetzt auf www.zielwirk.de zu finden.
FDX Fluid Dynamix GmbH
Das in Berlin ansässige junge Unternehmen FDX wurde 2015 gegründet und hat mit der OsciJet Düse eine Technologie geschaffen die sich vielfältig einsetzen lässt. Die Düsen erzeugen einen schwingenden Strahl ohne den Einsatz von bewegten Bauteilen. Das erhöht die Robustheit, die Effizienz und senkt den Ressourcenverbrauch. Nun hat FDX zusammen mit dem Fraunhofer IPK die Technologie für Mischungsanwendungen appliziert und stellt erstmalig die FDmiX-Plattform für die kontinuierliche Herstellung von Nanopartikeln und Nanoemulsionen, sowie im Bereich der Continuous Flow Chemistry vor. Der Clou des Systems ist eine extrem einfache kontinuierliche Prozessführung bei sehr kurzen Mischzeiten, so dass die Plattform eine konstant hohe Qualität über alle Produktionsskalen liefert.
Fraunhofer IPK
Das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK bietet Systemlösungen mit starkem Digitalfokus für die gesamte Bandbreite industrieller Aufgaben – vom Produktionsmanagement über Produktentwicklung und Fertigung bis zur Instandhaltung von Investitionsgütern. Zudem werden hier produktionstechnische FuE-Lösungen in Anwendungsgebiete außerhalb der Industrie übertragen, etwa in die Bereiche Verkehr und Sicherheit.
Heppe Medical Chitosan GmbH HMC+
Die Heppe Medical Chitosan GmbH (HMC) ist ein seit 2005 im Bereich von Chitosan und Chitin forschendes und produzierendes Unternehmen aus Halle an der Saale. Am Standort Weinberg Campus hat es sich bis heute zum Weltmarkt- und Qualitätsführer sowohl aus stofflicher als auch aus technologischer Sicht in diesem Bereich des Biopolymermarktes entwickelt. Mit über 800 Kunden aus 42 Ländern bündelt das Unternehmen einen wichtigen Teil des Erfahrungsschatzes dieser Branche weltweit.
Institut für Pharmazie der MLU Halle
Das Institut für Pharmazie an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg gehört zu den größten pharmazeutischen Hochschuleinrichtungen in Deutschland, ist besonders forschungsstark und sehr gut in die interdisziplinäre Forschung der MLU eingebunden. Die Forschungsschwerpunkte des Institutes decken alle Bereiche der pharmazeutischen Wertschätzungskette ab. Das Spektrum reicht vom computergestützten Design neuer Wirkstoffe über moderne massenspektrometrische Analysenverfahren, die Synthese und Testung antituberkulotischer Wirkstoffe bis zur Entwicklung und Charakterisierung von modernen Applikationsformen, wie Nanopartikel und moderne Depotformen.
Förderung
Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Richtlinie für die „Bundesförderung für verbesserte Produktionskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung bei Speziallipiden und anderen Hilfsstoffen für mRNA-Impfstoffe und andere mRNA-Arzneimittel“ im „Modul 3: Erforschung und Entwicklung von neuartigen Speziallipiden für mRNA-basierte Arzneimittel und weiteren neuartigen Hilfsstoffen für den Wirkstofftransport“
