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Inhalierbare Nanoantikörper gegen Covid-19

Peptid-Nanopartikel schützen mit SARS-CoV-2 infizierte Hamster gegen schwere Verläufe

Inhalation
Antikörper-Fragmente, die mittels Spray oder Inhalation in die Atemwege und Lunge gebracht werden, senken die Virenlast und verhindern schwere Verläufe – zumindest bei Goldhamstern. © Marcus Millo/ Getty images

Künftig könnte ein Spray mit Nanoantikörpern gegen schwere Verläufe von Covid-19 schützen. In ersten Tests mit Goldhamstern senkte die Inhalation einer geringen Dosis solcher Nanobodies die Viruslast in Atemwegen und Lunge der Tiere und verhinderte schwere Entzündungen, wie die Forscher im Fachmagazin „Science Advances“ berichten. Anders als monoklonale Antikörper sind die Nanokörperchen günstig herzustellen und haltbarer, was ihre Anwendung auch in ärmeren Ländern erleichtern würde.

Während die Impfungen gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 weltweit voranschreiten, fehlt noch immer ein wirksames Gegenmittel gegen schwere Verläufe von Covid-19. Zwar kann das antivirale Mittel Remdesivir die Vermehrung von SARS-CoV-2 hemmen, es wirkt aber oft nur vorübergehend und im Anfangsstadium der Infektion. Monoklonale Antikörper ahmen die Abwehrreaktion unseres Immunsystems nach, aber sie sind aufwändig herzustellen und bisher gibt es kein Antikörper-Präparat, das eine durchschlagende Wirkung erzielen kann.

„Während die Therapien mit monoklonalen Antikörpern durchaus Hoffnung wecken, Patienten mit noch milden Symptomen zu behandeln, erfordern sie extrem hohe Dosierungen – typischerweise mehrere Gramm pro Intravenöser Injektion“, erklären Sham Nambulli von der University of Pittsburgh und seine Kollegen. „Das liegt unter anderem an der notorisch geringen Effizienz, mit der solche intravenös verabreichten großen Biomoleküle durch die Plasma-Lungenschranke gelangen.“

Peptidstücke statt Antikörper

Abhilfe schaffen könnten aber Wirkstoffe, die direkt über die Atemwege an ihren Einsatzort gelangen – über ein Nasenspray oder einen Inhalator. Ein solches Mittel hat das Team um Nambulli in den letzten Monaten entwickelt. Es handelt sich dabei um winzige Peptide – Fragmente von Antikörpern, die ähnlich wie diese gezielt an bestimmten Strukturen des Spike-Proteins von SARS-CoV-2 andocken. Die fertigen Nanobodies sind viermal kleiner als Antikörper und bestehen aus drei miteinander gekoppelten Bindungsmodule.

„Diese multivalenten Nanokörper zeigen eine Neutralisations-Fähigkeit, die vergleichbar oder sogar besser ist als einige der erfolgreichsten Antikörper gegen SARS-CoV-2“, berichten die Wissenschaftler. Ob diese Wirkung auch im lebenden Tier ähnlich potent ist, haben Nambulli und sein Team nun mit Goldhamstern getestet. Für ihre Studie infizierten sie Goldhamster mit SARS-CoV-2 und verabreichten ihnen sechs Stunden später den sogenannten PiN-21-Nanoantikörper in Form eines Nasensprays oder einer Inhalation.

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Lungengewebe
Viruspartikel (orange) und Entzündungen (magenta) in den Lungenbläschen von unbehandelten (links) und behandelten Goldhamstern. © Nambulli et al./ Science Advances

In Tests mit Goldhamstern erfolgreich

Es zeigte sich: Die nur mit einem Placebo behandelten Kontrolltiere verloren in den nächsten Tagen bis zu 16 Prozent Gewicht und es entwickelte sich die für Covid-19 typische Lungenentzündung. Anders dagegen die Hamster, die die Nanobodies inhaliert hatten: Ihr Körpergewicht blieb stabil und die Viruslast in Atemwegen und Lungen sank bis zum fünften Tag um das 10.000- bis Millionenfache ab. „In den oberen Atemwegen war das Virus schon am zweiten Tag nach Infektion weder durch Nasen- noch Rachenabstriche mehr nachweisbar“, berichtet das Team.

Auch die sonst typische schwere Entzündung der Bronchien und Lungen blieb bei den mit dem Nanoantikörper-Spray behandelten Goldhamstern aus. Zusätzlich hatte die PiN-21-Gruppe deutlich weniger entzündliche Veränderungen der Gewebe und bildete weder Ödeme, noch Blutungen oder Vernarbungen aus, wie die Forschenden berichten.

Als wirksam erwies sich dabei schon eine Dosis von rund 0,2 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht. Zum Vergleich: Bei per Infusion verabreichten monoklonalen Antikörpern werden nach Angaben der Forschenden typischerweise zehn bis 50 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht benötigt.

Schutz vor Übertragung und schweren Verläufen

Damit zeigen diese Nanokörperchen eine deutlich höhere Wirksamkeit als die meisten zurzeit getesteten Antikörper: „Die Fähigkeit, die Virenvermehrung und Lungenpathologie sowohl in den oberen wie auch den unteren Atemwegen der Hamster zu unterbinden, kontrastiert stark mit den klinischen Antikörpern, die selbst bei hoher Dosierung Mühe haben, die Infektion bei diesen Tieren zu kontrollieren“, so Nambulli und sein Team.

Nach Ansicht der Wissenschaftler eröffnen solche Nanobodies daher neue, vielversprechende Chancen, schwere Verläufe von Covid-19 effektiv zu verhindern. „Wir sind von unseren Daten begeistert und ermutigt, denn sie sprechend dafür, dass PiN-21 hochgradig vor einem schweren Krankheitsverlauf schützen kann – und dass es möglicherweise auch eine Mensch-zu-Mensch-Übertragung des Coronavirus verhindert“, sagt Nambullis Kollege Yi Shi.

Günstig herstellbar und einfach anzuwenden

Die Administration des Wirkstoffs über Inhalation oder Nasenspray ermöglicht es zudem, das Mittel gezielter an den Wirkort zu bringen: „Indem wir eine Therapieform nutzen, die direkt an der Infektionsstelle – den Atemwegen und der Lunge – ansetzt, können wir die Behandlung effektiver machen“, sagt Shi. „Damit könnte eine auf PiN-21 basierende Inhalations-Therapie eine einfach anwendbare und kostengünstige Lösung bieten, um den Krankheitsverlauf und die Übertragbarkeit von Covid-19 abzuschwächen.“

Wegen der vergleichsweise geringen Herstellungskosten könnten solche Nanoantikörper-Sprays auch in ärmeren Ländern wie Indien produziert und angewendet werden. Positiv auch: Weil sich in einem Spray auch Nanokörper für mehrere verschiedene Ansatzstellen des Virus kombinieren lassen, könnte diese Therapie auch gegen mutierte Virenvarianten wirksam bleiben.

Noch allerdings müssen weitere Tests durchgeführt werden, um unter anderem die Dosierung und mögliche Nebenwirkungen genauer zu erforschen, wie die Wissenschaftler betonen. Erst dann könnten klinische Studien mit Menschen folgen. (Science Advances, 2021; doi: 10.1126/sciadv.abh0319)

Quelle: University of Pittsburgh

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