Forschung für Medikamente und Impfstoffe gegen Covid-19

Noch gibt es keine zuverl?ssige Therapie gegen Sars-CoV-2. Schweiz- und weltweit suchen Wissenschaftler jedoch unter Hochdruck nach Mitteln gegen den Erreger der Covid-19-Pandemie. Auch an der ETH Z¨¹rich arbeiten ausgew?hlte Forschungsgruppen daran. Sie erhielten von der Schulleitung eine Sonderbewilligung, trotz Notbetrieb Labore und Infrastruktur f¨¹r den Kampf gegen Corona zu nutzen.

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler setzen in ihren Projekten auf unterschiedliche Ans?tze und Methoden, verfolgen aber dasselbe ¨¹bergeordnete Ziel: Neue Wirkstoffe und Impfstoffe zu finden, die den Krankheitsverlauf lindern oder eine Infektion mit dem Virus gar verhindern k?nnen.

Den Eintritt der Viren in Zellen unterbinden

Viren bestehen, vereinfacht gesagt, aus einer H¨¹lle, die ihre Erbsubstanz umgibt. Bei einer Infektion schleusen sie ihr Genom in die Wirtszellen ein und missbrauchen deren Stoffwechsel, um sich selbst zu vervielf?ltigen. Das Coronavirus dockt dazu mit einem Bindungsprotein auf seiner H¨¹lle (?Schl¨¹ssel?) an einen Rezeptor auf der Zelloberfl?che (?Schloss?) an. Das l?st in der Zelle die Aufnahme des Virengenoms aus. Gelingt es, den viralen Schl¨¹ssel zur menschlichen Zelle zu blockieren, ist das Virus unsch?dlich gemacht.

Dieser Schl¨¹ssel, das sogenannte Spike-Protein, ist derzeit im Visier zweier ETH-Professuren. Roland Riek vom Laboratorium f¨¹r physikalische Chemie untersucht zun?chst mittels Bindungsstudien am Computer (?in silico?) und danach mit Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR) im Reagenzglas, ob es bereits bekannte Substanzen gibt, die mit dem Spike-Protein wechselwirken und eine Infektion potenziell verhindern k?nnten. Er konzentriert sich dabei auf Medikamente, die von der amerikanischen Arzneimittelbeh?rde (FDA) zugelassen sind.

Derweil sucht Dario Neri am Institut f¨¹r Pharmazeutische Wissenschaften nach neuen Hemmstoffen gegen das Spike-Protein. Dazu nutzt er kleine organische Molek¨¹le aus einer chemischen Bibliothek und testet sie in Zellversuchen im Labor (?in vitro?) auf eine m?gliche Wirkung. Solche Molek¨¹le k?nnten dereinst zu Leitstrukturen f¨¹r inhalierbare Hemmstoffe werden.

Andere Gruppen arbeiten ebenfalls daran, dem Virus den Zugang zu verwehren, fokussieren sich aber auf die menschliche Zelle: Randall Platt, Professor f¨¹r Biologisches Engineering, will jene Gene in Lungenzellen identifizieren, welche f¨¹r die Aufnahme des Virengenoms verantwortlich sind. Und Professor Jeffrey Bode vom Laboratorium f¨¹r Organische Chemie hat zusammen mit Partnern des Friedrich Miescher Institut Basel und der Universit?t Bristol ein menschliches Protein identifiziert, das am Eintritt des Virus in die Zelle beteiligt ist. Das m?chten sie nun mit speziell entwickelten Substanzen gezielt entfernen.

Vermehrung der Viren in Patienten verhindern

Ist das Virus einmal in der menschlichen Zelle drin, nutzt es deren Proteinsynthese-Apparat, um sich selbst in hoher Zahl zu kopieren. Neben dem eigentlichen Bauplan bringen Coronaviren in ihrem Genom codiert auch eigene Enzyme mit, die sie f¨¹r ihre Vervielf?ltigung zwingend ben?tigen. Sie stellen ein attraktives Ziel f¨¹r Therapien dar.

Eines ist die RNA-Polymerase des Virus. Das Enzym kopiert die virale Erbsubstanz, die in Form von RNA vorliegt. Die ETH-Toxikologin Shana Sturla will diese Kopiermaschine blockieren. Sie kooperiert dazu mit Gisbert Schneider, Experte f¨¹r Computer-assisted Drug Design. Die beiden Professoren wollen neben ihren jeweiligen Labors auch die ETH-Plattform f¨¹r Gesundheitstechnologie ?Nexus? nutzen, um bekannte Medikamente und neue Wirkstoffkandidaten daraufhin zu testen, ob sie gegen die virale RNA-Polymerase wirken.

Bioengineering-Professor Martin Fussenegger hingegen w?hlt einen anderen Angriffspunkt: die viralen Proteasen. Dabei handelt es sich um proteinspaltende Enzyme, die das Virus zwingend ben?tigt, um in die Zelle einzudringen oder seine H¨¹lle zu produzieren. Fussenegger m?chte Hemmstoffe finden, welche diese Sars-CoV-2-Proteasen blockieren. Dabei setzt er auf synthetische Designerzellen, mit denen er in einer Zusammenarbeit mit der Basler Pharmaindustrie rund 5000 bekannte Substanzen auf ihr proteasehemmendes Potenzial untersuchen wird. Dar¨¹ber hinaus plant Jeffrey Bode, mit einer fr¨¹her entwickelten Technologie Tausende Molek¨¹le herzustellen, um sie mit Fusseneggers Designerzellen auf eine Wirkung gegen die viralen Proteasen zu testen.

Menschen passiv immunisieren

Ein weiterer Ansatz liegt in der Immunit?t von geheilten Covid-19-Patienten. W?hrend einer Infektion bildet das Immunsystem Antik?rper gegen das Virus, die auch nach der Erkrankung im Blutserum von Genesenen zirkulieren. Das m?chte man therapeutisch nutzen.

Sven Panke, Professor f¨¹r Bioverfahrenstechnik, sucht zusammen mit dem ETH-Spin-off Memo Therapeutics nach spezifischen Antik?rpern in Blutproben von Geheilten. Solche Antik?rper k?nnten biotechnologisch hergestellt und f¨¹r Therapien eingesetzt werden. In eine ?hnliche Richtung forscht Sai Reddy, Professor f¨¹r System- und Synthetische Immunologie, jedoch mit anderen Mitteln: Sein Projekt sieht vor, die antivirale Wirkung von Antik?rpern aus M?usen und Menschen mittels Maschinellem Lernen und Genom-Editierung k¨¹nstlich zu optimieren.

Mit solchen therapeutischen Antik?rpern k?nnte man das Immunsystem von Covid-19-Patienten im Kampf gegen das Virus unterst¨¹tzen oder besonders gef?hrdete Personen passiv immunisieren.

Einen Covid-19-Impfstoff entwickeln

Eines zeigt sich immer klarer: Corona wird die Welt wohl noch lange besch?ftigen. Die K?nigswaffe gegen Covid-19 w?re eine Impfung, um die Bev?lkerung pr?ventiv zu sch¨¹tzen. Daran wird weltweit intensiv geforscht. Bis ein Vakzin verf¨¹gbar ist, dauert es laut Fachleuten aber mindestens ein bis eineinhalb Jahre.

An der ETH arbeiten die Immunologin Emma ?Wetter Slack und die Mikrobiologen Tim Keys und Markus Aebi gemeinsam an einem einfach herzustellenden, kosteng¨¹nstigen und lagerbaren Covid-?19-Impfstoff auf der Basis eines virus?hnlichen Partikels. Dieser w?re weltweit einsetzbar ¨C er ist jedoch in erster Linie f¨¹r Entwicklungsl?nder gedacht. Der Impfstoff soll das menschliche Immunsystem zur Produktion von Antik?rpern sowie zu einer sogenannten zellul?ren Immunantwort anregen. Er soll zudem gegen verschiedene Coronaviren einschliesslich k¨¹nftiger Varianten wirken, hoffen die ETH-Forschenden.

Die Corona-relevanten Forschungsprojekte im Bereich Impf- und Wirkstoffsuche sind mittel- bis langfristig ausgelegt. Mit Resultaten ist daher nicht unmittelbar zu rechnen. Zeigen sich gewisse Substanzen als wirksam, m¨¹ssen sie noch in klinischen Studien getestet oder f¨¹r den neuen therapeutischen Zweck zugelassen werden.