«Рентгеновское зрение» для исследования мРНК-нанолекарств
Новая технология, совместно разработанная в EMBL Hamburg, дает новые данные о мРНК-препаратах и других нанолекарствах, что может помочь в разработке новых продуктов.
Нанолекарства на основе матричной РНК (мРНК) — это прорывная технология, которая привела к созданию первых одобренных вакцин против COVID-19 и была недавно отмечена Нобелевской премией по физиологии или медицине. Однако потенциал мРНК для фармацевтического применения, как ожидается, выйдет далеко за эти рамки — он может открыть новые возможности для лечения и профилактики таких заболеваний, как вирусные и бактериальные инфекции, рак, сердечно-сосудистые, воспалительные и аутоиммунные заболевания. Это также может трансформировать обширную область терапии белками.
Многие новые мРНК-нанолекарства, находящиеся на разных стадиях разработки, могут стать доступными в будущем. Общее требование для всех применений мРНК в фармпродуктах — необходимость их доставки в подходящих системах, каждая из которых разработана для разных функций и оптимизирована под терапевтические нужды в зависимости от целевого применения и пути введения.
Липидные наночастицы — это крошечные капли жироподобных молекул, служащие защитной упаковкой для мРНК. Их свойства зависят от состава, структуры, протокола производства и других условий.
Важный аспект наночастиц — их размер. По своей природе наночастицы могут немного различаться по размеру: некоторые немного меньше, а некоторые немного больше среднего значения. Размер частиц может влиять, например, на стабильность и поведение препаратов после введения. Поэтому важно контролировать размер частиц внутри фармацевтического продукта для оценки и обеспечения его качества.
Ученые из EMBL Hamburg, Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, Postnova Analytics GmbH и BioNTech SE разработали новый метод для точного определения размера всех частиц в таких фармацевтических продуктах, а также их структуры и количества молекул РНК внутри них. Исследование проводилось на основе липоплексов — технологии доставки мРНК, разработанной BioNTech. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.
«До сих пор было очень сложно измерить все эти свойства, связанные с размером; поэтому часто определяли только средние значения, — сказал один из руководителей проекта Генрих Хаас. — С нашим новым методом мы можем определить множество характеристик, связанных с размером, за один раз, с помощью одного измерения и для всех наночастиц в продукте. Эта информация может быть полезна для оценки качества продукта».
Метод также будет применим для исследования других фармацевтических продуктов.
«Липосомы — это другой тип фармацевтических наночастиц, которые применяются в течение многих лет для лечения рака или инфекционных заболеваний, таких как грибковые инфекции, — сказал руководитель проекта в Университете Майнца Петер Ланггут. — Теперь на рынке доступны даже дженериковые липосомные продукты, и, вероятно, их станет еще больше. Новый метод может быть очень полезен для оценки качества этих дженериков по сравнению с оригинальными продуктами и проложит путь к созданию дальнейших высококачественных лекарственных средств по еще более разумной цене».
Метод «два в одном»
Мощность нового метода заключается в сочетании двух техник: асимметричной проточной полевой фрактации (AF4) и малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS). AF4 отделяет липидные наночастицы от других компонентов мРНК-нанолекарства и сортирует их по размеру.
SAXS позволяет ученым определять структуру и количество отсортированных частиц. Для однозначного анализа в каждый момент времени должна исследоваться только одна частица, поэтому сочетание сортировки и измерения так важно.
SAXS — одна из ключевых методик, применяемых и доступных в EMBL Hamburg в качестве услуги для исследователей из академических и промышленных кругов Европы и других стран. SAXS-станция EMBL Hamburg на синхротроне PETRA III, теперь оснащенная устройством AF4 (установленным при помощи коллег из Postnova Analytics GmbH), откроет новые возможности не только для изучения фармацевтических наночастиц, но и для других видов исследований.
«Сочетание этих двух инструментов теперь может использоваться во многих различных областях науки, — сказала сотрудник-ученый EMBL Hamburg Мелисса Греверт. — Помимо помощи в создании новых лекарств, мы также можем использовать их, чтобы понять, как частицы разного размера взаимодействуют в сложных биологических системах. Например, я уже использовала эту новую установку для детального изучения того, как очень мелкие пластиковые частицы, называемые нанопластиком, загрязняющие наши воды, могут покрываться связывающимися белками на своей поверхности. Ключевой вопрос заключается в том, позволяет ли это белковое экранирование нанопластику перемещаться по нашему кровотоку, потенциально достигая разных органов, поскольку иммунная система может больше не распознавать его как чужеродный объект».
Эта работа является продолжением нескольких предыдущих совместных исследований между EMBL Hamburg, BioNTech SE и Университетом Майнца, в которых изучалось, как мРНК можно лучше формулировать и доставлять в клетки человека. Ученые продолжают совместные исследования для дальнейшего изучения применения мРНК-нанолекарств.