Эффективная доставка мРНК с помощью разветвленных липидов

Матричная РНК (мРНК) — это биологические молекулы, которые переносят информацию, закодированную генами в ядре, в цитоплазму для синтеза белка рибосомами. Последовательности мРНК можно спроектировать для кодирования специфических белков; самый известный пример — мРНК-вакцины от COVID-19.

Молекулы мРНК крупные и химически нестабильные, поэтому для их доставки в клетки необходим вектор. Одна из самых передовых технологий для доставки мРНК — липидные наночастицы (LNP), состоящие из ионизируемых липидов, холестерина, вспомогательных липидов и полиэтиленгликоля.

Команда исследователей под руководством доцента Юсукэ Сато и профессора Хидэёси Харасимы с Фармацевтического факультета Университета Хоккайдо и Кадзуки Хасибы из корпорации Nitto Denko разработала новый разветвленный ионизируемый липид, который при включении в состав LNP значительно повышает эффективность доставки мРНК. Их результаты опубликованы в журнале Small Science.

Предыдущие работы показали, что ионизируемые липиды с разветвленными хвостами повышают эффективность доставки мРНК с помощью LNP. Однако два основных препятствия мешали систематическому анализу влияния разветвленных ионизируемых липидов. Во-первых, разветвление хвостов приводит к огромному разнообразию химических соединений; во-вторых, количество коммерчески доступных разветвленных ионизируемых липидов ограничено.

Чтобы преодолеть эти барьеры, исследователи создали систематическую библиотеку разветвленных ионизируемых липидов, ограничив её конкретным подмножеством липидов, которые можно описать всего двумя параметрами: общим числом атомов углерода и симметрией. Затем они протестировали 32 липида из этой библиотеки на предмет их влияния на стабильность LNP, содержащих мРНК (LNP-RNA).

Команда обнаружила, что LNP-RNA, содержащие высокосимметричные разветвленные липиды, демонстрировали более высокую микровязкость, и эта повышенная микровязкость положительно коррелировала с увеличенной стабильностью LNP-RNA при хранении. Высокосимметричные разветвленные липиды в LNP-RNA также положительно коррелируют с экспрессией белка в печени и селезенке у мышей. Они определили, что длина разветвленной цепи влияет на селективность по органам.

Наиболее стабильное хранение и наиболее эффективная доставка мРНК были достигнуты с использованием разветвленного липида CL4F 8-6. Авторы продемонстрировали, что этот конкретный липид можно использовать в LNP, разработанных для редактирования генов, достигнув 77% подавления целевого гена у мышей всего одной дозой LNP.

Это исследование показало, что разветвленные липиды с высоким уровнем симметрии способствуют оптимальным свойствам LNP для эффективной внутриклеточной доставки и стабильности формуляров. Будущая работа будет сосредоточена на разработке расширенных библиотек липидов для понимания свойств других разветвленных липидов и может привести к созданию новых липидов.