Стабилизация мРНК-вакцин для доставки в клетки

Вакцины и терапии на основе матричной РНК (мРНК) могут стать более доступными благодаря нетоксичному полимеру, который защищает РНК и контролирует её высвобождение внутри клеток.

Появление вакцин, использующих мРНК для синтеза иммуногенных белков (наиболее известны вакцины против COVID-19), стимулирует исследователей искать более эффективные способы стабилизации и доставки мРНК.

Команда из Токийского университета совместно с коллегами из Японии и Китая разработала полимеры, способные взаимодействовать со стабилизировать и инкапсулировать мРНК, обеспечивая высокоэффективную доставку в культивируемые клетки человека и клетки живых мышей. Работа опубликована в журнале Science and Technology of Advanced Materials.

«Помимо вакцин от инфекционных заболеваний, мРНК открывает перспективные пути для беспрецедентных методов лечения, таких как заместительная белковая терапия, редактирование генов и иммунотерапия, — говорит Хорасио Кабрал из команды Токийского университета. — Но для раскрытия полного потенциала этих передовых методов лечения первостепенное значение имеет разработка безопасных и эффективных систем доставки».

Исследователи изучили способы тонкой настройки структуры своих полимерных молекул, чтобы позволить им взаимодействовать с мРНК и защищать её. Биосовместимые и нетоксичные полимеры относились к типу блок-сополимеров, состоящих из чередующихся сегментов разных химических групп — в данном случае полиэтиленгликоля и полиглицерола.

Однако ключом к достижению нужного взаимодействия с мРНК стало присоединение специфических положительно заряженных аминокислотных групп к длинной полимерной цепи. Положительный заряд в целом притягивает полимер к отрицательно заряженной РНК, а выбранные аминокислоты также способны взаимодействовать с частями мРНК в процессе, называемом π–π-стэкингом (пи-пи-стэкингом). Он включает взаимодействие между электронами в так называемых пи-связях в циклических молекулярных кольцах, расположенных стопкой в соседних молекулах.

«Это высоконастраиваемый подход, позволяющий точно регулировать взаимодействие нашего полимера с мРНК», — говорит Кабрал. В результате мРНК была эффективно стабилизирована, что преодолевает основной недостаток нестабильности, характерный для альтернативных подходов.

Полимер и мРНК спонтанно собирались в сферические структуры — мицеллы, — которые эффективно доставляли груз мРНК в культивируемые клетки, а также в клетки мышей после внутримышечной инъекции. мРНК легко высвобождалась внутри клеток для синтеза кодируемых ею белков с высокой эффективностью и в течение значительно более длительного времени по сравнению с альтернативными подходами.

«Эта работа была очень сложной из-за хрупкой природы мРНК — высоко нестабильной молекулы, которая нуждается в защите вне целевых клеток, но должна быть немедленно доступна клеточным механизмам внутри них», — говорит Кабрал. Он добавляет: «Наш успех обнадёживает благодаря его потенциалу трансформировать технологии доставки мРНК, позволяя точное конструирование, инновационные стратегии высвобождения и преодоление критических барьеров для повышения стабильности и эффективности мРНК-терапий».