Оптимизация липидных наночастиц для доставки siRNA с помощью ЯМР
Малые интерферирующие РНК (siRNA) обладают огромным потенциалом для лечения заболеваний, подавляя работу специфических генов. Для эффективной доставки siRNA в целевые клетки их инкапсулируют в липидные наночастицы (LNP).
Эффективность такой терапии зависит от внутренней структуры LNP, которая влияет на их способность доставлять siRNA. Традиционные методы часто не дают детального молекулярного понимания, необходимого для точной настройки дизайна LNP.
Исследование, опубликованное в Journal of Controlled Release 2 августа 2024 года под руководством доцента Кейсуке Уэда из Высшей школы фармацевтических наук Университета Тиба, предлагает новый подход к улучшению LNP, нагруженных siRNA.
С помощью ЯМР-характеризации на молекулярном уровне учёные исследовали, как различные методы смешивания siRNA влияют на однородность и молекулярное состояние siRNA внутри LNP.
В работе также участвовали доктор Хидэтака Акита (Университет Тохоку), доктор Кэндзиро Хигаси и доктор Куникадзу Морибэ (Университет Тиба).
«ЯМР позволил нам заглянуть внутрь этих наночастиц на молекулярном уровне, раскрыв тонкие детали того, как siRNA распределена внутри ядра LNP. Это понимание критически важно для оптимизации состава LNP», — сказал доктор Уэда.
Команда сравнила три метода приготовления LNP с siRNA:
- Предварительное смешивание: siRNA и липиды соединяли одновременно с помощью микрофлюидного миксера.
- Пост-смешивание (A): siRNA смешивали с готовыми пустыми LNP в кислых условиях с этанолом.
- Пост-смешивание (B): siRNA смешивали с готовыми пустыми LNP в кислых условиях без этанола.
Все три метода давали LNP одинакового размера (~50 нм) с постоянным соотношением siRNA к липидам. Однако распределение siRNA внутри частиц значительно различалось.
- Метод предварительного смешивания приводил к более однородному распределению siRNA внутри LNP.
- Методы пост-смешивания давали гетерогенное распределение с областями высокой и низкой концентрации siRNA.
«Эта неоднородность может значительно влиять на эффект сайленсинга siRNA. LNP с более равномерным распределением siRNA с большей вероятностью эффективно доставят свой терапевтический груз в целевые клетки. Это подчёркивает критическую важность оптимизации условий приготовления», — объясняет доктор Уэда.
Результаты показали:
- LNP, полученные методом предварительного смешивания, демонстрировали превосходный эффект сайленсинга генов.
- В этих LNP ионизируемые липиды были теснее связаны с siRNA, образуя слоистую бислойную структуру, которая усиливала сайленсинг.
- LNP, полученные пост-смешиванием, имели более гетерогенную структуру, что, вероятно, мешало их слиянию с клеточными мембранами и снижало терапевтическую эффективность.
«Эта работа может улучшить жизнь людей, усилив генную терапию и РНК-препараты. Оптимизация доставки siRNA с помощью LNP может сделать более эффективными методы лечения рака, генетических расстройств и вирусных инфекций. Кроме того, это может повысить эффективность и безопасность РНК-вакцин, сделав их более стабильными и снизив побочные эффекты», — добавил доктор Уэда.
В перспективе эти достижения могут способствовать развитию персонализированной медицины и созданию более доступных инновационных терапий.