Lipid-Nanopartikel (LNPs)

Lipid-Nanopartikel (kurz: LNPs) sind winzige, meist kugelförmige Teilchen, die aus einer kugelförmig zusammengeschlossenen Lipid-Einzelschicht oder Lipid-Doppelschicht bestehen. Das bekannteste Beispiel für solche LNPs sind die ➥ Liposomen.

Im aktuellen Interesse stehen allerdings die Lipid-Nanopartikel, mit denen ➥ mRNA-Impfstoffe vor allem gegen Corona in menschliche Zellen transportiert werden können.

Schematische Darstellung eines Lipid-Nanopartikels für einen mRNA-Impfstoff
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

In dieser stark schematisierten Darstellung sieht man den Aufbau eines Lipid-Nanopartikels, wie er bei mRNA-Impfstoffen eingesetzt wird. Das kugelförmige, aus einer Lipid-Doppelschicht bestehende Nanopartikel umhüllt die zu transportierende modifizierte mRNA für das Spike-Protein des Corona-Virus.

Die Lipid-Doppelschicht besteht aus vier verschiedenen Lipid-Typen:

1. normale ➥ Phospholipide, wie wir sie aus jedem Biologie-Schulbuch kennen,
2. ➥ Cholesterin-Moleküle, sollten auch aus dem Biologie-Unterricht bekannt sein,
3. ionisierbare Lipide und
4. PEG-Lipide.

Ionisierbare Lipide

In einer normalen lebenden Zelle kommen ionisierbare Lipide so gut wie nicht vor, sie würden wahrscheinlich die Zellmembran zerstören. Bei den Lipid-Nanopartikeln baut man sie jedoch in die Lipid-Doppelschicht ein, vor allem in der Innenschicht finden sie sich sehr häufig.

Solange sich die Lipid-Nanopartikel noch im Blut befinden, also direkt nach der Impfung, sind die ionisierbaren Lipide noch neutral, also nicht geladen. Das liegt an dem eher neutralen pH-Wert des Blutes.

Nun werden die Lipid-Nanopartikel aber in die Körperzellen aufgenommen. Dies geschieht durch eine normale Endocytose. Im Innern der Endosomen (der Endocytose-Vesikel) herrscht aber ein stark saures Milieu. Die Protonen, die in dieser Flüssigkeit enthalten sind, lagern sich an die ionisierbaren Lipide an, welche dadurch eine positive Ladung erhalten.

Eine Folge dieser Protonierung ist eine Formveränderung des Lipid-Nanopartikels. Das Nanopartikel kann dann das Endosom verlassen, aufplatzen und seine mRNA in das Cytoplasma der Körperzelle entlassen. Dort findet dann an den Ribosomen eine normale Translation statt, bei der die Spike-Proteine des Corona-Virus gebildet werden. Das Immunsystem kümmert sich dann um alles Weitere.

PEG-Lipide

Normale Phospholipide bestehen bekanntlich aus einem Glycerin-Molekül, das zwei Fettsäure-Moleküle sowie ein Phosphorsäure-Molekül gebunden hat. Das Phosphorsäure-Moleküle ist seinerseits mit Cholin oder einem anderen hydrophilen Alkohol verestert.

Ein PEG-Lipid ist fast genau so aufgebaut wie ein Phospholipid, das Glycerin-Molekül ist ebenfalls mit zwei Fettsäure-Molekülen verestert. Allerdings ist die dritte OH-Gruppe des Glycerins nicht mit Cholin oder einem anderen Alkohol verestert, sondern mit Polyethylenglycol (PEG).

Ein PEG-Lipid
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Polyethylenglycol ist ein Polymer des zweiwertigen Alkohols Ethylenglycol, einem Ethan-Molekül mit zwei OH-Gruppen, einer an jedem C-Atom. Bei den gängigen PEG-Lipiden besteht das PEG-Polymer aus 44 Ethylenglycol-Einheiten.