Bend lipídios melhoram a entrega do mRNA do LNP e a edição de genes

Toda vez que um traslado atraca com a Estação Espacial Internacional (ISS), uma dança delicada se desenrola entre o sistema de ancoragem do ônibus espacial e sua contraparte na estação. Graças aos padrões internacionais, esses mecanismos são universalmente compatíveis, garantindo que os astronautas e a carga possam entrar com segurança e perfeição na estação.

Um desafio semelhante surge no nível microscópico quando nanopartículas lipídicas (LNPs) – a droga revolucionária entrega Veículos por trás das vacinas covid-19-ligam para entregar mRNA às células. A otimizar o design e a entrega de LNPs pode aumentar bastante sua capacidade de fornecer mRNA com sucesso, capacitando células com as instruções de combate a doenças necessárias para transformar a medicina.

Escapar do endossomo

Infelizmente, mesmo quando os LNPs atingem suas células -alvo, as nanopartículas são tipicamente capturadas por endossomos – sacos protetores pequenos dentro da célula. Se os LNPs não podem escapar, é como um ônibus estar preso no processo de ancoragem, a segurança da estação fora de alcance.

“Se o processo de fuga endossômica não acontecer, os LNPs ficarão presos e não podem fornecer carga terapêutica”, diz Michael J. Mitchell, professor associado de bioengenharia (BE) na Escola de Engenharia e Ciência Aplicada da Universidade da Pensilvânia (Penn Engineering). “Eles podem chegar de uma agulha até a cela, mas se não abrirem essa barreira closing, são inúteis”.

Uma nova abordagem

Alguns anos atrás, pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon fizeram uma descoberta intrigante: adicionando um ramo ao closing das caudas lipídicas normalmente lineares dos LNPs melhoraram drasticamente a entrega de mRNA. Essa descoberta levou Marshall Padilla, um pós -doutorado no Mitchell Lab, a questionar se poderia servir como a chave para o desenvolvimento de lipídios mais eficazes para a entrega do mRNA.

“Todos os dias, os pesquisadores estão criando novos lipídios para melhorar a eficácia e a segurança dos LNPs”, diz Padilla. “Mas não temos um conjunto claro de regras para projetar melhores lipídios”.

A maioria das pesquisas no campo é como um jogo de adivinhação. Os pesquisadores testam grandes bibliotecas de variações lipídicas, sem entender completamente por que alguns funcionam melhor que outros. Padilla, que tem um Ph.D. Em química pela Universidade de Wisconsin-Madison, acreditava que seria possível ir além do julgamento e design e projetar lipídios com caudas ramificadas desde o início para melhorar sua capacidade de escapar dos endossomos.

Apresentando lipídios de dobra

Um grande desafio ao criar esses lipídios aprimorados foi a dificuldade de criar lipídios ionizáveis ​​ramificados – componentes de chave de LNPs que mudam sua carga para ajudá -los a escapar do endossomo. Esses lipídios não estão disponíveis comercialmente de forma ramificada, então Padilla teve que criá -los.

“A questão principal foi a formação de títulos carbono-carbonos, que são notoriamente difíceis”, diz Padilla. “Eu usei uma mistura complexa de lítio, cobre e magnésio para fazer a reação funcionar”.

O resultado é uma nova classe de lipídios chamados lipídios endossomais ramificados (BEND). Essas moléculas ramificadas exclusivas ajudam os LNPs a quebrar a membrana endossômica, tornando-os mais eficazes no fornecimento de mRNA e ferramentas de edição de genes.

Melhorando a entrega do mRNA

Em um estudo em Comunicações da naturezaAssim, Mitchell, Padilla e seus colaboradores demonstram que os lipídios de Bend melhoram a entrega do MRNA e das ferramentas de edição de genes, em alguns casos em até dez vezes.

Depois de testar os lipídios, dobrar em vários experimentos – de editar genes em células hepáticas Para a execução de simulações bioquímicas complexas-os pesquisadores concluíram que os lipídios dobrados superam de maneira confiável até os LNPs usados ​​por Moderna e Pfizer/Biontech, os fabricantes das vacinas covid-19.

“Descobrimos que nossos grupos de ramificação permitem que os lipídios ajudem a facilitar a fuga de nossa carga útil do endossomo, onde a maioria das cargas é destruída, no citosol, onde pode realizar seu efeito terapêutico pretendido”, diz Padilla.

Projetando melhor terapêutica

Os pesquisadores esperam que os lipídios dobram não apenas melhorem a entrega do LNP, mas também inspiram uma nova abordagem para projetar lipídios, afastando-se dos métodos de tentativa e erro. Com uma melhor compreensão de como os lipídios funcionam, os pesquisadores podem desenvolver melhor novos veículos de entrega para tratamentos de ponta.

“Testar centenas a milhares de LNPs e ver quais obras pode ser um grande momento, custo e carga de mão -de -obra – muitos laboratórios não são capazes de fazer isso”, diz Mitchell. “Você quer conhecer as regras para poder projetar soluções de maneira eficiente e econômica”.