Das musst du wissen
- Anfang der 90er-Jahre testeten Forschende des Cochin Instituts in Frankreich den ersten mRNA-Impfstoff an Mäusen.
- Den Tieren wurde mRNA gespritzt, was eine Immunantwort gegen Influenzaviren auslöste.
- Da das Experiment aber nicht bei allen Mäusen funktionierte, wurde das Projekt danach nicht weiterverfolgt.
Diese Geschichte zeigt das typisch französische Verhältnis zur Innovation. Sie markiert eine erste Renaissance der mRNA-Technologien, gerade als diese in den USA zu einem langen Stillstand kommen (siehe Folge 1 und 2). Brillante Grundlagenforschung und dann industrielle Vernachlässigung, als es um die Entwicklung der klinischen Anwendung ging: This is so French, wie die Angelsachsen sagen würden.
Man muss bis 1979 zurückgehen. In jenem Jahr wollten Robert Lattès, ein Investor bei der Bank Paribas, und sein Chef Pierre Moussa, ein Finanzinspektor, der zum Banker wurde, Frankreich in die Pole-Position der aufstrebenden Biotech-Industrie hieven. Der Star dieser Branche, Genentech, wurde drei Jahre zuvor in Kalifornien gegründet. In Genf hatte der Schweizer Molekularbiologe Charles Weissmann mit anderen Wissenschaftlern gerade Biogen ins Leben gerufen. Amgen, Chiron und Genzyme standen kurz vor der Gründung durch Investoren im Silicon Valley und in Boston.
Biotechnologie 1.0
Diese erste Generation von Biotech-Firmen entwickelte rekombinante Proteine. In gentechnisch veränderten tierischen Zellen kultiviert, ersetzen diese humanisierten Proteine diejenigen, die bei Patienten fehlen. Beispielsweise Insulin für Diabetiker. Nachdem er eine Gruppe von Aktionären, darunter die Crème de la Crème des französischen Kapitalismus, wie Elf-Aquitaine, Paribas, Moët-Hennessy oder die heutige Allianz France, zusammengebracht hatte, gründete Robert Lattès 1981 die Transgène AG in Strassburg.
In den 1980er-Jahren wandte sich das Unternehmen, das ursprünglich seine eigenen Proteine entwickeln wollte, einem unmittelbar profitableren Modell zu: Auftragsforschung für grosse Pharmaunternehmen. Aber initiiert von führenden Wissenschaftlern wie dem Genetiker Pierre Chambon und dem Immunologen Philippe Kourilsky, bewahrt sie immer noch Raum für autonome Forschungsprojekte.
In diesem Freiraum arbeitete Anfang der 90er-Jahre ein Molekularbiologe, Pierre Meulien, der zuvor an der Universität Edinburgh und am Pasteur-Institut war. «Zwei Jahre lang hatte ich an nicht-viralen Vektoren geforscht, insbesondere an Liposomen, um genetisches Material in die Zelle zu bringen», erklärt der Mann, der jetzt Direktor der Innovative Medicines Initiative (IMI) ist, in einer Videokonferenz aus Brüssel. Die IMI ist eine fünf Milliarden Euro schwere öffentlich-private Partnerschaft zwischen der Europäischen Union und der pharmazeutischen Industrie.
zVgPierre Meulien (rechts) mit seinem Team im Institut in Cochin im Jahr 1992.
Schub für die Gentechnik
Ende der 1980er-Jahre schien die Gentechnik nach dem Aufkommen der rekombinanten Proteine einen zweiten Schub zu erhalten. Das Grossprojekt der Sequenzierung des menschlichen Genoms wurde 1990 gestartet. Und die Genreparatur, das erste Ziel der Gentherapie, schien eine reelle Chance zu haben. Bei Transgène versuchte Pierre Meulien, wie seine amerikanischen Kollegen zur gleichen Zeit, Korrekturgene für genetische Pathologien wie Hämophilie einzuführen, um die DNA der Patienten zu reparieren.
«Zu dieser Zeit beschäftigte uns bei Transgène, dass wir keine Verbindung zur klinischen Forschung hatten, also zu derjenigen, die in Spitälern am Krankenbett stattfindet», fügt Pierre Meulien hinzu. Der Mann ergreift die Initiative und unterbreitete seinem Mentor, Philippe Kourilsky, die Idee, ein kleines Forscherteam in ein Krankenhaus zu den Patienten zu schicken. Von diesem Projekt, das wir heute als translationale Medizin bezeichnen würden, liess sich Philippe Kourilsky leicht begeistern. Er ermutigte ihn, ein Team zusammenzustellen, um mögliche Träger für den Transport von DNA zu untersuchen. Pierre Meulien zog mit seinen Kollegen in das Cochin-Krankenhaus in Paris. Ohne zu wissen, dass er dort eine entscheidende Begegnung haben würde.
Auf dem Campus von Cochin beherbergte das Gebäude, gerade neben demjenigen des Transgène-Teams, ein Forschungszentrum, das soeben von zwei französischen Medizinstars, dem Genetiker Axel Kahn und dem Virologen Jean-Paul Lévy, gegründet worden war. Ein Student des Letzteren, Frédéric Martinon, hat gerade eine Forschungsstelle in diesem neuen Cochin Institute of Molecular Genetics angetreten. Er forscht an einer Impfung gegen AIDS.
Erste Schritte bei AIDS
Das HI-Virus hat die Besonderheit, einen ganz bestimmten Typ von weissen Blutkörperchen anzugreifen, die T4-Lymphozyten. Deren Aufgabe ist, sich feindliche Erreger einzuprägen und bei Bedarf die Abwehrkräfte des Immunsystems zu mobilisieren. «Ich habe an diesen Mechanismen gearbeitet», erklärt Frédéric Martinon, «und auch an einer anderen Art von weissen Blutkörperchen, den T8-Lymphozyten. Ihre Eigenschaft ist, vom Virus infizierte Zellen direkt anzugreifen, um ihre Vermehrung zu verhindern. Die AIDS-Forschung war zu dieser Zeit in vollem Gange. Wir haben verstanden, wie das Virus, indem es T4-Lymphozyten angreift, die Antikörperantwort verhindert. Wir mussten also eine andere Verteidigungslinie aktivieren: diejenige dieser T8-Lymphozyten.» Wie schon andere war auch Frédéric Martinon zum Schluss gekommen, dass «einzig ein Impfstoff die Möglichkeit bietet, diese Reaktion auszulösen.»
zVgFrédéric Martinon.
Mehrheitlich wurde versucht, solche Impfstoffe aus Peptiden, kleinen Säuren, zu entwickeln. Die Idee ist, diese Proteine so herzustellen, dass sie den antigenen Proteinen, die die Immunantwort aktivieren, ausreichend ähnlich sind. Es gab jedoch eine Schwierigkeit. Die fragilen kleinen Peptide wurden abgebaut, bevor sie ihre aktivierende Aufgabe erfüllen konnten. «Die Stimulation von T8-Lymphozyten mit diesen Peptiden funktionierte in vitro sehr gut, aber nicht in vivo bei Mäusen», erklärt Frédéric Martinon.
Von früheren Forschungsergebnissen inspiriert
Auf der Suche nach einer Alternative stiess er auf den radikal anderen Ansatz: Die Nutzung von DNA und mRNA, die Proteine exprimieren, wie es im Science-Artikel von Jon Wolff, Robert Malone und Phil Felgner aus dem Jahr 1990 beschrieben wird (siehe Folge 2).
Diese Forschung zeigte, dass es möglich war, verschiedene Proteine aus synthetischer DNA und mRNA im Mausmuskel zu exprimieren. Noch waren diese Proteine aber nur Marker, sogenannte Proofs of Concept. Eine 1992 veröffentlichte Forschungsarbeit der Gruppe von Stephen Johnson an der Universität von Texas zeigte jedoch eine andere Möglichkeit: das Einfügen von DNA, diesmal geschützt durch Goldpartikel, um ein anderes Protein, in diesem Fall ein Wachstumshormon, zu produzieren.
Es stellte sich heraus, dass diese Gentherapie beim Menschen nicht funktioniert, aber sie inspiriert Frédéric Martinon. «Ich dachte, es wäre anders, wenn wir diese Gentherapie auf die Immunologie anwenden würden. Denn wenn dort das gewünschte Protein, zum Beispiel ein für eine Infektionskrankheit spezifisches Antigen, tatsächlich produziert wird, ist der nächste Schritt notwendigerweise die Auslösung des Immunsystems als Reaktion auf dieses Antigen.»
Testen eines neuen Impfstoffansatzes
Pierre Meulien war für diesen noch theoretischen Impfstoffansatz sehr aufgeschlossen. Umso mehr, als sein Arbeitgeber gerade einen strategischen Wechsel vollzog. Finanziell erschöpft, wurde Transgène 1991 von Alain Mérieux, dem Erben des von seinem Grossvater Marcel gegründeten Institut Mérieux, übernommen und in den Familienkonzern Pasteur-Mérieux integriert. Das in Lyon ansässige Unternehmen hatte sein Impfstoffgeschäft noch nicht an Rhône Poulenc – heute Sanofi – verkauft. Auf diesem Gebiet ist es weltweit führend. «So haben wir unsere Interessen auf Impfstoffe ausgeweitet», sagt Pierre Meulien von seinem Brüsseler Hauptsitz aus.
zVgDas Labor von Frédéric Martinon im Jahr 1993.
Zu dieser Zeit werden die News aus der Medizin von der laufenden Studie der Pharmafirma Merck dominiert, die mit der Firma Vical einen universellen DNA-Grippeimpfstoff testet. Pierre Meulien und Frédéric Martinon debattieren die Arbeit von Wolff, Malone und Felgner, die dazu geführt hat, und fragen sich, ob es besser sei, DNA oder mRNA zu verwenden.
«Es war deutlich komplizierter RNA zu produzieren», sagt Frederic Martinon. Ausserdem sind mRNAs im Körper schwieriger zu transportieren. Sie sind einer Reihe von Mechanismen ausgesetzt, die sie vernichten können. Das ist der Grund, warum die in den USA entdeckten «nackten» RNAs nicht gut funktionierten. Sie hatten aufgrund ihrer zufälligen Zerstörung sehr ungleichmässige Expressionsniveaus. Hinzu kommt, dass RNA bei minus achtzig Grad gelagert werden muss und bei DNA vier Grad ausreichen.»
RNA hat doch einen Vorteil
Und doch wird sich die Waage diesmal zugunsten der RNA neigen. «Es gab noch viele Fragen zum Risiko, wenn man eine DNA-Sequenz in das Genom einfügt und zu den möglichen Folgen», sagt der Biologe. Ausserdem, so fügt Pierre Meulien hinzu, «gab es unter den Impfstoffspezialisten von Pasteur-Mérieux so etwas wie eine kulturelle Zurückhaltung. Für sie bedeutete das Vorhandensein von DNA in den klassischen Impfstoffen, die sie entwickelten, eine Verunreinigung.» Pierre Meulien entwickelt daher eine Studie, deren Ziel es ist, mRNA in Zellen zu schicken, damit diese Proteine, sogenannte Antigene, entwickeln, die die Immunantwort der T8-Lymphozyten auslösen.
zVgDas Institut Cochin.
Für den Transport wird die Idee beibehalten, diese Boten-RNA mit Liposomen zu schützen. Dem Biochemiker des Teams, Shiv Khrisnan, gelingt es, Liposomen herzustellen, die gross genug sind, um das RNA-Molekülmaterial einzukapseln und es nicht mit Lipid-Nanopartikeln zu vermischen, wie es Robert Malone und Phil Felgner getan hatten. «Das war einer der Schlüssel dieser Forschung», betont Pierre Meulien. So waren die mRNAs ausreichend gut geschützt, bis sie in den Zellen ankamen.
Die erste RNA-Immunität bei Mäusen
Frédéric Martinon verwendet seinerseits eines der ersten In-vitro-Kits der amerikanischen Firma Stratagene, um mRNA aus modifizierter DNA herzustellen. «Der Prozess war ziemlich lang, aber wir haben es geschafft, qualitativ gute RNAs zu produzieren.» Das französische Team hat Wind in den Segeln und macht rasante Fortschritte. Der nächste Schritt ist, aus diesen mRNAs nicht Kontrollproteine wie in den amerikanischen Experimenten herzustellen, sondern antigene Proteine, die das Immunsystem aktivieren können.
«Wir haben uns für Proteine aus dem Influenzavirus entschieden, die ich aus dem Studium verschiedener molekularer Regionen, die Immunantworten auslösen, gut kannte», fährt Frédéric Martinon fort. «Wir hätten mit verschiedenen Arten von Immunreaktionen spielen können. Drei haben wir ausgewählt, was zu drei verschiedenen Experimenten mit Mäusen führte.
Und diese waren erfolgreich. Spritzte man den Mäusen mRNAs, die in Liposomen eingekapselt sind, entwickelten sie tatsächlich eine Immunantwort. «Es war das erste Mal, dass wir zeigen konnten, dass wir eine zelluläre Immunität von T 8-Lymphozyten gegen eine Infektionskrankheit wie Influenza durch Antigene induzieren können, die durch eine zu diesem Zweck entworfene mRNA exprimiert wurden», bemerkt Pierre Meulien nicht ohne Stolz. Mit anderen Worten: Dies ist die erste Demonstration eines mRNA-Impfstoffs an Tieren.
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Von den grossen Fachzeitschriften verschmäht
Doch wie so oft ist der Weg in der Molekularbiologie zwischen einem erfolgreichen Experiment an Mäusen und der Anwendung am Menschen heikel. Vor allem, wenn er auf einer radikalen Innovation beruht. Das Team von Meulien-Martinon wird zunächst die grössten Schwierigkeiten haben, für ihre Entdeckung von der wissenschaftlichen Gemeinschaft Anerkennung zu erhalten. Grosse Fachzeitschriften wie Nature und Science, die damals massenhaft Forschungsergebnisse zur DNA veröffentlichten, lehnten den Artikel des Cochin-Teams ab. Es war schliesslich eine seriöse, aber weniger prestigeträchtige Zeitschrift, das European Journal of Immunology, die 1993 die Veröffentlichung akzeptierte.
Allerdings, wie Frédéric Martinon bereitwillig zustimmt, wirft die Entdeckung ebenso viele Fragen auf wie sie beantwortet. «Die Immunantwort der Mäuse variierte stark, nicht nur zwischen den drei ausgewählten Versuchsmodellen, sondern auch innerhalb der Modelle. Wir hatten Mäuse mit starker Immunantwort, und Mäuse, wo nichts passierte.» Ausserdem hatten einige Mäuse die Injektion in ein Körperteil erhalten, das normalerweise reich an einer Art weisser Blutkörperchen ist und deren Aufgabe es ist, das Immunsystem zu aktivieren. «Trotzdem ist nichts passiert. Bei der intravenösen Injektion hingegen, bei der die RNAs im Blut stärker verdünnt waren, erhielten wir T-Zellen.»
In der Wirtschaft tickt die Uhr anders als in der Forschung
Die Beantwortung dieser Fragen hätte die Fortführung dieser Grundlagenforschung erfordert. Aber die ökonomische Logik tut sich mit Langfristigkeit schwer. Nach der Übernahme von Transgène durch Pasteur-Mérieux wurde Pierre Meulien zum Forschungsdirektor der Mérieux Serum & Vaccines Division ernannt. Er zog nach Marcy l’Etoile, einem Vorort von Lyon, wo das Unternehmen seine Labore und Anlagen hatte.
BiomérieuxDer Hauptsitz von Biomérieux in der Nähe von Lyon.
«Die Ingenieure hatten Schwierigkeiten, die in Cochin entwickelte Technologie zu industrialisieren», sagt er. Ausserdem fand er es schwierig, eine Technologie zu verteidigen, die nur bei der Hälfte der Mäuse funktionierte, ohne jegliche Erklärung. «Wir haben zwar 1992 ein europäisches Patent auf die Technologie angemeldet, aber es war für mich sehr schwierig, meinem Management zu sagen: Wenn Sie mir fünf bis zehn Jahre und den Gegenwert von hundert Millionen Euro geben, können wir es schaffen. Und dann hatte es auch ein bisschen den Anstrich ‚Lieblingsprojekt des Chefs‘. Am Ende habe ich selbst beschlossen, mein Projekt zu stoppen und den Vorrang anderen, traditionelleren Projekten mit mehr Aussicht auf Erfolg zu geben», gesteht er mit einem verlegenen Gesichtsausdruck, der erahnen lässt, dass der heutige RNA-Erfolg etwas an ihm nagt.
Der Fusions-Tornado, bei dem Mérieux Sérum & Vaccins 1993 zu Rhône Poulenc überging, dieses Unternehmen dann 1999 mit Hoechst fusionierte und daraus Aventis entstand, das wiederum 2004 von Sanofi aufgekauft wurde, tat sein Übriges. Das Patent auf die RNA-Technologie wurde 1998 aufgegeben.
Wie Merck in den USA hatten französische Pharmaunternehmen einen bahnbrechenden Zugang zur mRNA-Impfstofftechnologie zur Hand – haben ihn aber nicht genutzt.
Es ist wahr, dass noch viel mehr Forschung nötig sein wird, bevor diese Technologien ausgereift sind. Sie wird zunächst von einigen wenigen Forschenden an den Universitäten von Pennsylvania und Tübingen in Deutschland weitergeführt. Auch sie begegnen den grössten Schwierigkeiten, damit ihre Entdeckungen anerkannt und angewendet werden. Doch sie sind hartnäckig. Da Big Pharma ihre mRNA nicht haben will, gründen sie ihre eigene Firma und riskieren damit ihre Karrieren oder den Bankrott.
Nächste Folge: Wie Karikó und Weissman den Grundstein für mRNA-basierte Impfstoffe legten
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Heidi.news
