Impfstoffe ohne Kühlkette transportieren – mit einem Hydrogel
Normalerweise ist eine Kühlkette bei Impfstoffen die Grundvoraussetzung dafür, dass sie ihre Wirksamkeit nicht verlieren. Ein Forscherteam hat nun ein spezielles Hydrogel entwickelt, mit dem Impfstoffe auch bei höheren Temperaturen haltbar bleiben sollen.
Noch gibt es keine echten Bilder von dem Hydrogel. Aber so wie auf dem Bild soll es die Proteine einkapseln.
Foto: Jonathan Zawada, ETH Zürich
Die meisten Impfstoffe müssen besonders gelagert und transportiert werden. Der wichtigste Faktor dabei ist: Sie müssen kühl bleiben. Sobald sie eine gewisse Temperatur überschreiten, beeinträchtigt dies ihre Wirksamkeit. Besonders in südlichen Ländern ist es nicht einfach, diese vorgeschriebene Kühlkette für Impfstoffe einzuhalten. In afrikanischen Ländern zum Beispiel kommt noch erschwerend hinzu, dass die Infrastruktur in punkto Verkehr und Energie äußerst begrenzt ist. Die Folge: Fast die Hälfte aller hergestellten Impfstoffe landen im Abfall, statt bei den Menschen, die sie benötigen. Eine Situation, die die Forschenden verändern möchten.
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Forschende der ETH Zürich und des Start-ups Nanoly Bioscience aus Colorado arbeiten gemeinsam daran, die thermische Stabilität von Impfstoffen zu verbessern. Dafür haben sie eine eigene Plattform entwickelt. Ihr Ziel: intakte Impfstoffe besser verbreiten und die Kosten für Kühlketten deutlich zu senken.
Ohne Kühlkette verklumpen Impfstoffe – neues Hydrogel verkapselt Proteine
Proteine in einem Impfstoff lassen sich von ihrem Verhalten her mit einem Ei vergleichen: „Bei Raumtemperatur oder im Kühlschrank behält das Ei seine zähflüssige Eiweißstruktur bei. In kochendem Wasser oder in der Bratpfanne ändert sich diese jedoch komplett“, erläutert Bruno Marc-Dufort, Doktorand im Labor für Macromolecular Engineering von ETH-Professor Mark Tibbitt. Auch die Proteine in einem Impfstoff verklumpen, sobald sie bei bestimmten Temperaturen gelagert werden. Selbst wenn man sie im Anschluss wieder bei kühleren Temperaturen lagert, bleibt die Strukturänderung erhalten. So ist das auch bei einem Ei, das man nach dem Kochen oder Braten nicht mehr in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen kann.
Die Forschenden haben ein neues Hydrogel entwickelt, das eine Schutzhülle darstellt. Basis des Gels ist ein biokompatibles, synthetisches Polymer, das PEG. Es soll komplexe Moleküle wie Proteine in Impfstoffen oder in Antikörpern schützen. Im Detail kapselt das Polymer die Proteine ein und hält sie voneinander getrennt. So könnten die Proteine größeren Schwankungen in höherem Temperaturbereich standhalten.
Normalerweise gilt für die Kühlkette bei Impfstoffen eine Temperatur zwischen zwei und acht Grad Celsius. Durch die Verkapselung soll ein Bereich zwischen 25 und 65 Grad Celsius erreicht werden. Damit sich die Verkapselung wieder löst, gibt man zum Hydrogel einfach eine Zuckerlösung. Das soll am besten direkt dann geschehen, wenn sich der Impfstoff dort befindet, wo er eingesetzt wird.
Hydrogel soll Kosten in der Kühlkettenlogistik senken
Die Forschenden wollen mit ihrem neuen Hydrogel aber nicht nur die Kühlkette verbessern, sondern auch die Kosten in diesem Zusammenhang reduzieren. „2020 betrug der Gesamtmarkt für Kühlkettendienstleistungen von der Herstellung bis zum Vertrieb 17,2 Milliarden Dollar, und es wurde mit einem weiteren Anstieg gerechnet“, sagt Marco-Dufort. Hinzu komme, dass der Aufwand für die Verteilung des Impfstoffes immer größer würde. Das behindere zum Beispiel auch die Umsetzung globaler Impfkampagnen. „Die Einkapselung ist hingegen eine kostensparende Lösung, sodass die Gelder dafür eingesetzt werden können, mehr Impfstoff zu produzieren – was mehr Leben retten könnte“, erklärt der Forscher.
Das Hydrogel steht jedoch noch ganz am Anfang. Es sind weitere Studien notwendig, damit es tatsächlich für den Transport von Impfstoffen eingesetzt werden kann. Die Untersuchungen müssen vor allem mehr Aufschluss über die Sicherheit geben. Ein Einsatzgebiet ist schon vorab möglich: beim Transport von hitzeempfindlichen Enzymen, die in der Krebsforschung benötigt werden, oder von Proteinmolekülen, die für die Forschung im Labor zum Einsatz kommen.
Bruno Marco-Dufort hat seine Kindheit in der Demokratischen Republik Kongo verbracht. Er hat miterlebt, wie groß die Herausforderungen sind, in solchen Ländern zuverlässig an Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten zu gelangen. Und gerade dort sind verschiedene Infektionskrankheiten nach wie vor sehr weit verbreitet. Diese Situation motiviert den Forscher, der durch das neue Hydrogel auch dazu beitragen möchte, dass die Impfstoffverteilung gerechter wird und die logistischen Herausforderungen sinken.
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