Новая платформа для молекулярного детектирования проливает свет на производство генетических лекарств
Важным компонентом вакцин против вируса SARS-CoV-2 и его вариантов являются липидные наночастицы (LNP). Эти сферические частицы несут терапевтическую нагрузку в виде мРНК — фрагментов генетического материала, которые запускают иммунный ответ против COVID-19.
Несмотря на успех, некоторые характеристики частиц, например, распределение полезной нагрузки, остаются неизвестными. Исследователи и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) хотят лучше понять эти характеристики для улучшения отчетности в фармацевтическом производстве.
Новая молекулярная детектирующая платформа, разработанная двумя профессорами Whiting School of Engineering, отвечает на этот запрос. Хай-Цюань Мао и Цза-Хуэй (Джефф) Ван стремятся выяснить, сколько молекул мРНК может нести одна LNP и равномерно ли она упакована внутри частицы, чтобы помочь в разработке более эффективных методов лечения и вакцин.
"Наша платформа работает на уровне единичных наночастиц, но, в отличие от современных методов визуализации мРНК-LNP, наш подход основан на флуоресцентной спектроскопии и позволяет нам "видеть сквозь" частицы", — сказал Ван.
Возможность заглянуть внутрь наночастиц позволяет исследователям различать и измерять:
- Пустые LNP (без мРНК)
- LNP, содержащие мРНК
- Свободно плавающую мРНК в образце
Их платформа, названная цилиндрической конфокальной спектроскопией (CISC), работает путем мечения мРНК и компонентов LNP флуоресцентными сигналами до трех цветов и пропускания образца через плоскость детектирования. Плоскость детектирования считывает сигналы, измеряет их интенсивность и сравнивает ее с интенсивностью сигнала от одной молекулы мРНК.
Анализ данных с помощью алгоритма деконволюции показывает команде как количество копий мРНК внутри LNP (если они есть), так и их распределение в образце. Платформа преодолевает ограничения контрастности и увеличивает пропускную способность анализа образцов по сравнению с крио-просвечивающей электронной микроскопией — текущим "золотым стандартом" визуализации мРНК-LNP.
Тесты с использованием этой платформы показали, что в эталонном растворе мРНК-LNP, используемом в академических исследованиях:
- Более 50% LNP не содержат молекул мРНК.
- В заполненных мРНК LNP большинство частиц содержат от двух до трех молекул мРНК на частицу.
"Количественное определение характеристик полезной нагрузки мРНК-LNP на уровне единичной частицы никогда раньше не проводилось. Мы поражены значительным присутствием пустых LNP, и, изменяя условия формулировки, одна наночастица может загружать от одной до десяти молекул мРНК", — сказал Мао.
Результаты команды опубликованы в Nature Communications.
"С помощью этой платформы мы можем получить более полное представление о том, что происходит на уровне единичной частицы", — добавил Ван.
Требуются дополнительные исследования, чтобы определить оптимальное количество молекул мРНК на одну капсулу LNP для наиболее эффективного лечения. Однако пустые LNP, выявленные новой платформой, показывают необходимость улучшения методов упаковки мРНК.
Мао и Ван утверждают, что их платформа потенциально может использоваться на всех этапах исследований и разработок, связанных с LNP, а также при разработке других систем доставки лекарств и мер контроля качества на этапе производства. Команда подала заявку на патент и сотрудничает с коллегами для анализа других типов терапевтических грузов в различных наносистемах.
"Новая платформа детектирования, разработанная командой докторов Мао и Вана, является потенциально важным шагом вперед в удовлетворении потребностей на исследовательской и регуляторной фазе и может помочь в развитии технологии мРНК-LNP за пределами вакцин", — отметил Майкл Дж. Митчелл, ведущий ученый в области исследований LNP.