Chitosan-basierte nicht-partikuläre Impfstoff-Verabreichungssysteme

Die Entwicklung sicherer und wirksamer Impfstoffe stellt eine große Herausforderung dar. Neben der Erzeugung einer ausreichenden Immunantwort müssen Impfstoffe auch über längere Zeit stabil bleiben – sowohl innerhalb als auch außerhalb des Körpers. Masimov und Wasan stellen in ihrem Review-Artikel verschiedene Anwendungen von Chitosan und Chitosan-Derivaten als Adjuvans in der Entwicklung von partikulären und nicht-partikulären Impfstoffen vor.

Masimov R, Wasan EK. Chitosan non-particulate vaccine delivery systems. J Pharm Pharm Sci. 2024 Jul 24;27:12921. doi: 10.3389/jpps.2024.12921. PMID: 39114808; PMCID: PMC11303186.

Bei der Impfstoffverabreichung werden neben dem Antigen auch Hilfsstoffe eingesetzt, die die Immunantwort verstärken. Chitosan besitzt immunstimulatorische Eigenschaften, weshalb es als Adjuvans eine vielversprechende Rolle in der Impfstoffentwicklung spielen könnte. Eine Studie zeigte beispielsweise, dass Chitosan-Glutamat als Adjuvans in einem Polio-Impfstoff die Immunantwort signifikant steigerte.

Chitosan-Nanopartikel in Impfstoffen

Chitosan kann als Grundlage für Nanopartikel oder als Beschichtung von Partikeln mit PLGA-basierten, Lipid-basierten oder Kalziumphosphat-basierten Kernen dienen. Dabei werden verschiedene Chitosan-Derivate wie Chitosan-HCl, Trimethyl-Chitosan, Chitosan-Glutamat, Chitosan-Glykol oder Chitosan-Oligomere eingesetzt. Diese Chitosan-basierten Nanopartikel verbessern die Zellaufnahme des Impfstoffs, was insbesondere für mRNA-Impfstoffe von Vorteil ist. Zudem erhöhen sie die Stabilität der Partikel und fördern die Mukoadhäsion, wodurch sie sich beispielsweise für eine intranasale Verabreichung eignen.

Nicht-partikuläre Chitosan-basierte Impfstoffsysteme

Neben Nanopartikeln werden verschiedene nicht-partikuläre Chitosan-Systeme zur Impfstoffverabreichung erforscht:

• Mikronadeln: Mikronadeln sind mikrometerkleine Vehikel, die auf die Haut aufgetragen werden und das Stratum corneum durchdringen, um den Impfstoff in die Epidermis oder Dermis freizusetzen. Chitosan und Trimethyl-Chitosan werden dabei genutzt, um die Wirksamkeit zu verbessern und einen Depot-Effekt zu erzeugen, der eine verlängerte Freisetzung des Impfstoffs ermöglicht.
• Hydrogele: Chitosan-basierte Hydrogele enthalten den Impfstoff und sorgen für eine kontrollierte Freisetzung über einen längeren Zeitraum, was eine stärkere Immunreaktion hervorrufen kann. Diese Hydrogele sind oft temperatursensitiv, sodass der Impfstoff erst bei Erreichen der Körpertemperatur freigesetzt wird.
• Chitosan-Antigen-Konjugate: Durch die direkte kovalente Bindung von Chitosan an das Antigen wird die Aufnahme des Antigens verbessert. Die mukoadhäsiven Eigenschaften von Chitosan sorgen für eine verlängerte Verweildauer an der Applikationsstelle. Weiterhin werden die Nebenwirkungen reduziert.
• Einschränkungen der Chitosan-basierten nicht partikulären Systeme:
  Obwohl Chitosan vielversprechende Eigenschaften für die Impfstoffverabreichung besitzt, gibt es auch einige Herausforderungen. Mikronadeln haben eine begrenzte Ladekapazität und können nicht für alle Impfstoffe verwendet werden, da manche Antigene aufgrund ihrer Ladung nicht kompatibel sind. Zudem können Dosis-Schwankungen auftreten. Bei Hydrogelen kann ein hoher Salzgehalt problematisch sein und es besteht die Gefahr eines Burst-Release-Effekts, bei dem eine zu schnelle Freisetzung des Impfstoffs erfolgt.

Fazit: Trotz dieser Herausforderungen zeigen Chitosan-basierte Impfstoffsysteme großes Potenzial, insbesondere für nichtinvasive Verabreichungswege. Die Kombination aus Adjuvans-Wirkung, verbesserter Stabilität und gezielter Wirkstofffreisetzung macht Chitosan zu einem vielversprechenden Material für zukünftige Impfstoffentwicklungen.