Innovative Technologien zur Herstellung bahnbrechender biopharmazeutischer Produkte in Mikroben und Pflanzen

Malaria betrifft immer noch mehr als zwei Millionen Menschen und ist für mehr als 600.000 Todesfälle pro Jahr, vor allem in Entwicklungsländern, verantwortlich. Der komplexe, mehrere Stadien umfassende Lebenszyklus des Parasiten Plasmodium falciparum macht die Entwicklung eines Impfstoff kompliziert, bietet aber auch ein breites Spektrum an potentiellen Impfstoffkandidaten. Im Rahmen dieses Projekts arbeiten wir an der Entwicklung neuartiger Multi-Stadien, Multi Komponenten - Impfstoff Cocktails gegen Malaria, die in Pflanzen produziert werden. Dabei konnten wir eine potente Antigen-Kombination identifizieren, die vielversprechendes Hemmpotenzial gegen alle Stadien von Plasmodium falciparum zeigt. Zur Beurteilung dieses neuen Malaria-Impfstoffkandidaten in ersten klinischen Versuchen, werden die Kandidaten einer beschleunigten GMP - Prozessentwicklung zugeführt, damit sie in der vollautomatischen und prozessgesteuerten vertikalen Farm-Einheit, die derzeit am Fraunhofer IME in Aachen gebaut wird, produziert werden können.

Malaria ist nach wie vor ein großes Problem für die Gesundheitssysteme und die wirtschaftliche Entwicklung vieler Entwicklungsländer, insbesondere in Afrika südlich der Sahara. Der Erfolg der herkömmlichen Steuerungsstrategien, die die Ausbreitung von Malaria durch bspw. Insektizide oder Moskitonetze verhindern, zusammen mit der Möglichkeit, Malaria durch Artemisinin Kombinations-Therapien zu heilen, haben zu einer signifikanten Reduktion der Krankheit geführt und die Hoffnung auf eine Ausrottung von Malaria in der Zukunft erhöht. Allerdings erschweren die ständig entstehenden Wirkstoffresistenzen von sowohl Vektor (Mücke) als auch Parasit diese Aufgabe. Deshalb ist die Verfügbarkeit eines Impfstoffes, der die Infektion, die Manifestation klinischer Symptome, sowie die Übertragung der Krankheit verhindert, der vielversprechendste Weg. Obwohl viele Impfstoffkandidaten in den letzten Jahrzehnten in klinischen Studien evaluiert wurden, zeigte keiner ausreichende Wirksamkeit.

Die meisten der bisher getesteten Malaria-Impfstoffe adressieren nur eines der drei Hauptstadien des Lebenszyklus von P. falciparum. Impfstoffe, die auf das so genannte prä-erythrozytäre Stadium abzielen, sollen einen vollständigen Infektionsschutz durch die Verhinderung der initialen Invasion von Leberzellen nach einem Mückenstich bewirken. Ansätze die spezifisch gegen Antigene des Blutstadiums gerichtet sind haben das Potenzial, die Vermehrung des Parasiten im Blut zu stoppen oder zu reduzieren und dadurch die Manifestation der klinischen Malaria zu verhindern. So genannte übertragungsblockierende Impfstoffe, zielen auf die sexuellen Stadien von P. falciparum ab und reduzieren die Ausbreitung der Krankheit innerhalb einer Gemeinschaft. Aufgrund der begrenzten Erfolge der auf Einzelkomponenten und/oder einzelne Stadien bschränkten Malaria –Impfstoffkandidaten, werden neuartige Kombinationen von Antigenen als vielversprechende Strategie angesehen, um endlich einen wirksamen Impfstoff gegen Malaria zu identifizieren.

In einem iterativen Prozess verwendeten wir unsere leistungsstarke transiente Pflanzenexpressionsplattform, um eine große Anzahl von P. falciparum –Antigenen oder Antigen-Fusionen, abgeleitet von den drei Hauptstadien des Lebenszyklus, zu produzieren, und evaluierten ihr Impfstoff Potenzial in Immunisierungsstudien gefolgt von spezifischen in vitro Wirksamkeits-Assays. Durch diese Strategie identifizierten wir eine Antigen-Kombination, die als Multi-Stadien, Multi Komponenten-Impfstoff in Kaninchen getestet wurde und eine 80%-ige Hemmung der prä-erythrozytären Parasitenstadien, eine 90%-ige Reduktion der roten Blutzellinvasion und eine bis zu 95%-ige Hemmung von Parasiten des späten sexuellen Stadiums bietet.

Um diesen vielversprechenden Impfstoff-Cocktail in ersten klinischen Studien zu evaluieren wurde eine beschleunigt GMP-Prozessentwicklung initiiert. Die Produktion wurde in einer vollautomatischen und prozessgesteuerten Vertical Farm-Einheit am Fraunhofer IME in Aachen durchgeführt.