Plasmid-DNA

Modalität

Rekombinante Plasmide sind ein wichtiger Vektor im Bereich der Zell- und Gentherapie (CGT), der verwendet werden kann als:

DNA-Therapeutika (Nackte Plasmid-DNA für die Therapie) – Nacktes Plasmid als Genexpressionsvektor, als Alternative zur Protein-/Enzym-Ersatztherapie.
DNA-Impfstoffe für prophylaktische und therapeutische Zwecke – Plasmid als Genvektor, der Antigene von Viren, Bakterien oder Krebszellen exprimiert.
Ausgangsmaterialien für die Produktion viraler Vektoren – Rekombinante Plasmide können zur Herstellung von Lentivirus (LV) und Adeno-assoziiertem Virus (AAV) für Virusvektorimpfstoffe, Gentherapie oder Genbearbeitung verwendet werden.
Ausgangsmaterialien für die mRNA/circRNA-Produktion – Linearisierte Plasmide als Template für die In-vitro-Transkription sind Schlüsselmaterialien für mRNA/circRNA-Impfstoffe oder Medikamente.

1 Nackte Plasmid-DNA

1.1 Nackte Plasmid-DNA für den menschlichen Gebrauch

Die derzeit auf dem Markt befindlichen Gentherapie-Medikamente nutzen hauptsächlich virale Vektoren wie AAV und LLV. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass eine durch virale oder zelluläre Vektoren vermittelte Gentherapie angiogener Faktoren zur Bildung von Gefäßtumoren im Herzen von Mäusen führen kann. Um eine längere Expression angiogener Faktoren zu vermeiden, wird die Verwendung nackter Plasmide mit Plasmid-DNA als Gentherapie-Vektor, die in vivo einen geringeren Anteil an Zielprotein exprimieren, als bevorzugte Wahl angesehen.

Daher liegt der Hauptschwerpunkt der Entwicklung von Nacktplasmid-Therapeutika auf der Gentherapie angiogener Faktoren. Derzeit gibt es weltweit insgesamt zwei zugelassene nackte Plasmid-Medikamente für den menschlichen Gebrauch: Neovasculgen, das 2011 in Russland eingeführt wurde, und Collategene, das 2019 auf dem japanischen Markt eingeführt wurde. Mehrere andere nackte Plasmid-Medikamente befinden sich derzeit in der Phase II- III klinische Stadien. Zu den kodierenden Genen gehören unter anderem HGF, VEGF-A, SDF-1 (CXCL12) und andere.

1.2 Nackte Plasmid-DNA zur Verwendung in Tieren

Anders als Humanarzneimittel waren DNA-Impfstoffe bei Tieren, einschließlich Veterinärmedizin und Haustieren, erfolgreicher.

Tabelle 1. Lizenzierte DNA-Therapeutika für die Verwendung bei Menschen und Tieren

Anwendungs-	Produkt	Arten	Target	Indikation	Unternehmen	Lizenzdatum/Land
Gentherapie	Neovasculgen, Cambiogenplasmid, PI-VEGF165	Human	VEGF-A	CLI, kritische Extremitätenischämie	Institut für menschliche Stammzellen	2011/ Russland
Gentherapie	Collategene, Beperminogen-Perplasmid, AMG0001	Human	HGF	CLI, kritische Extremitätenischämie	Anges	2019/Japan
Gentherapie	LifeTideSW5	Schwein	Schweinewachstumshormon-Releasing-Hormon (GHRH)	Erhöhen Sie die Anzahl der abgesetzten Ferkel.	VGX Tiergesundheit	2008/Australien
Krebs-Immuntherapie	Konzept	Hunde	Tyrosinase	Orales malignes Melanom (OMM)	Merial, Boehringer Ingelheim Tiergesundheit	2010/USA
Antibiotika	Zelnate	Rinder	Ausstehende Aktualisierung	Rinder-Atemwegserkrankung (BRD) durch Mannheimia haemolytica	Diamond Animal Health, Bayer	2013/USA

2 DNA-Impfstoff

Abb. 1. Entwicklung von DNA-Impfstoffen

2.1 DNA-Impfstoff für den menschlichen Gebrauch

Die geringe Immunogenität beim Menschen stellt trotz der Fortschritte bei Tiermodellen immer noch eine große Herausforderung für die Anwendung von DNA-Impfstoffen dar.

Darüber hinaus hat die Erforschung von DNA-Impfstoffen gegen Infektionskrankheiten wie HIV, Tuberkulose und Malaria in den Folgejahren zur Entwicklung verschiedener Optimierungsstrategien geführt.

Tabelle 2. Zugelassene DNA-Impfstoffe für den menschlichen Gebrauch

Verwendung	Markenname	Ziel/Hinweis	Stufe	Unternehmen
Prophylaktischer Impfstoff	ZyCoV-D	Spike-Protein; SARS-CoV-2	Notfallgenehmigung in Indien	Zydus Cadila

2.2 DNA-Impfstoff zur Verwendung bei Tieren

DNA-Impfstoffe in veterinärmedizinischen Anwendungen haben große Fortschritte gemacht, da verschiedene Produkte Lizenzen für Infektionskrankheiten wie Krebsimmuntherapie und Gentherapieanwendungen erhalten haben.

Tabelle 3. Zugelassene DNA-Impfstoffe für die Verwendung bei Tieren

Verwendung	Markenname	Arten	Ziel/Hinweis	Unternehmen	Lizenzdatum/Land
Prophylaktischer Impfstoff	West Nile-Innovator	Pferde	West-Nil-Virus (WNV)	USA CDC, Fort Dodge Animal Health	2005/USA
	Apex-IHN	Lachs	Infektiöses hämatopoetisches Nekrosevirus (IHNV)	Novartis Tiergesundheit	2005/Kanada
	Clynav	Lachs	Lachs-Alphavirus-Subtyp 3 (SAV3)	Elanco Tiergesundheit	2016 / EU
	ExactVac	Geflügel	Vogelgrippe A (H5N1)	AgriLabs	2017/USA

3 Plasmid-DNA als Materialien für die mRNA- oder Virusvektorproduktion

mRNA und zirkuläre mRNA (circRNA) wurden in der Impfstoffentwicklungsforschung umfassend eingesetzt. Linearisierte Plasmid-DNA dient als erforderliche Transkriptionsvorlage für IVT-mRNA, erleichtert durch T7-RNA-Polymerase.

Der virale Vektor erweist sich als die effizienteste Methode für den Gentransfer, da er die gezielte Modifikation bestimmter Zelltypen oder Gewebe ermöglicht und die Manipulation zur Expression therapeutischer Gene ermöglicht. Bei der Produktion viraler Vektoren spielt Plasmid-DNA eine entscheidende Rolle.

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Referenz:

[1] Pagliari S, Dema B, Sanchez-Martinez A, Montalvo Zurbia-Flores G, Rollier CS. DNA-Impfstoffe: Geschichte, molekulare Mechanismen und Zukunftsperspektiven. J Mol Biol. 2023 1. Dez.;435(23):168297. doi: 10.1016/j.jmb.2023.168297.

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