Mikronadel-Array-Pflaster: Impfungen leicht gemacht

Auflösbare Mikronadel-Array-Pflaster (MAPs) bestehen aus winzigen, sich rasch auflösenden Nadeln, die Impfstoffe effizient in die Haut abgeben können. Durch die einfache Anwendungsweise haben die MAPs großes Potenzial, nicht nur während einer Pandemie, sondern auch in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen den Impfvorgang zu vereinfachen.

In einem Interview mit MEDICA.de erklärt Dr. Frank Theobald, wie MAPs die Anforderungen an die Kühlkette von mRNA-Impfstoffen reduzieren können und was sie als nächstes mit dem von der Bill und Melinda Gates Foundation gewährten Zuschuss vorhaben.

Wie genau funktionieren die auflösbaren Mikronadel-Array-Pflaster?

Dr. Frank Theobald: Das schnell auflösende Mikronadel-Array-Pflaster der LTS besteht aus 300-mikroskopisch kleinen Nadeln mit einer Länge von nur 600 µm, die zusammen auf einer Fläche von 1 cm² angeordnet sind. Die Nadeln sind lang genug, um die oberste Hautschicht zu durchdringen, aber zu kurz, um mit Schmerzrezeptoren oder Blutgefäßen in Kontakt zu kommen. Sie bestehen aus einem schnell auflösenden Polymer, in welchem der Wirkstoff, in unserem Fall das mRNA/LNP (Lipid-Nanopartikel), Gemisch gelöst ist. Nach der Applikation der Mikronadel-Array-Pflaster gelangen die Mikronadeln in Kontakt mit der interstitiellen Flüssigkeit und werden innerhalb weniger Minuten aufgelöst. Dabei wird der in den Mikronadeln eingebettete Wirkstoff freigesetzt.

Was sind die Vorteile von den MAPs für die mRNA-Vakzinierung?

Theobald: Durch die Einbettung der mRNA/LNPs in Polymere besteht die Möglichkeit, die Anforderungen an die Kühlkette zu reduzieren (beispielsweise 5 °C anstelle von -80 °C). So können die Logistikkosten und die Versorgung in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (Low-and-Middle-Income Countries (LMICs) stark verbessert werden. Es wird ein gerechterer Zugang zu Impfungen für die Menschen in diesen Ländern ermöglicht.

MAPs bieten die Möglichkeit der Selbstapplikation, was die Administration vereinfacht und insbesondere in einer Pandemie die aufwendige Etablierung von Impfzentren vermeidet und das Gesundheitssystem entlastet.

Da der Impfstoff intradermal und damit in unmittelbarer Nachbarschaft der immunkompetenten Zellen in der Haut appliziert wird, ist es möglich, eine stärkere Immunantwort zu induzieren. Es ergibt sich die Möglichkeit der Dosisreduzierung, sodass mit der gleichen Menge an mRNA mehr Patientinnen und Patienten immunisiert werden können.

Welche Herausforderungen gab es bisher bei der Entwicklung der MAPs für die mRNA-Impfstoffverabreichung?

Theobald: Zwei wichtige Faktoren für Entwicklung von MAPs sind die Polymere und die Lipid-Nano-Partikel (LNPs), welche die mRNA umhüllen. Eine Herausforderung ist die Identifizierung von geeigneten schnell auflösenden Polymeren, welche sowohl mechanisch stabile Mikronadeln ausbilden können als auch gleichzeitig stabilisierend auf die Impfstoffe wirken.

Wie sehen die nächsten Schritte aus?

Theobald: Wir wollen als LTS verifizieren, dass es möglich ist, eine MAP-Formulierung zu entwickeln, die zumindest bei Kühlschranktemperaturen von 5 °C über 12 Monate hinsichtlich ihrer Eigenschaften (bezogen auf den Wirkstoff und die Mikronadeln) stabil ist. Idealerweise sollte die Formulierung auch für eine gewisse Zeit bei 25 °C stabil sein, damit die MAPs ohne die aufwendige Aufrechterhaltung einer Kühlkette zu den Patientinnen und Patienten gebracht werden können.

Auch die Identifizierung von geeigneten LNPs, die eine optimale Stabilität ermöglichen, ist dabei im Fokus. Im besten Fall steht am Ende der Entwicklung eine thermostabile Formulierung, die dann bei einer zukünftigen Pandemie unmittelbar genutzt werden könnte.

Welche anderen medizinischen Anwendungen könnten, abgesehen von der Impfstoffverabreichung, von der MAP-Technologie profitieren?

Theobald: Neben der mRNA-Vakzinierung ist die MAP-Technologie auch für die Vakzinierung mit anderen Impfstoffen, sowie die Applikation von hochwirksamen biologischen Wirkstoffen geeignet. Insbesondere bei der Therapie chronischer Erkrankungen bietet sie entscheidende Vorteile wie:

• Diskrete Applikation,
• Reduktion der Anforderungen an die Kühlkette, wodurch die Applikation an jedem Ort erfolgen kann und damit die Beibehaltung eines normalen Lebensstiles ermöglicht,
• Vermeidung von Infektionen an der Injektionsstelle, was insbesondere bei chronischen Krankheiten für die Patienten belastend sein kann.

Auch für die Applikation kleiner Moleküle bietet die Technologie Vorteile und interessante Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel durch die Möglichkeit, Mikroimplantate zur gesteuerten Abgabe von Wirkstoffen zu bilden. Ein Beispiel ist die Entwicklung eines lang-wirkenden kontrazeptiven MAP. Auch hier haben wir als LTS Lohmann Therapie-Systeme AG den Zuschlag für ein Förderprojekt durch die Bill & Melinda Gates Foundation erhalten.