Tamponul Tris protejează nanoparticulele lipidice pentru livrarea ARNm în timpul congelării
Cercetătorii de la Universitatea din Texas la Austin, în colaborare cu compania farmaceutică Eli Lilly and Company și cu cercetători de la Universitatea Boston, au investigat modul în care condițiile de depozitare afectează nanoparticulele lipidice (LNP) utilizate pentru livrarea ARNm — tehnologia din spatele vaccinurilor COVID-19 și al altor tratamente. Studiul, publicat în ACS Nano, analizează felul în care depozitarea și distribuția, care implică adesea congelarea, influențează eficacitatea terapiilor cu ARNm-LNP până la momentul administrării la pacienți.
Alegerea soluțiilor tampon de stocare potrivite poate modela structura internă a nanoparticulelor, ceea ce determină cât de eficient este livrat ARNm în celule și transformat în proteină. Acest pas contribuie la eficacitatea tratamentului, fie că este un vaccin sau o terapie de editare genetică.
„Studiul nostru arată că ceva atât de simplu precum soluția de stocare poate face o diferență uriașă în cât de bine funcționează medicamentele pe bază de ARNm”, a declarat Alex Marras, profesor asistent în cadrul Walker Department of Mechanical Engineering din Cockrell School of Engineering și unul dintre cercetătorii principali ai studiului. „Înțelegând cum moleculele tampon influențează nanostructura particulelor și interacțiunile lor cu compartimentele celulare, putem contribui la creșterea stabilității și eficacității acestor terapii, chiar și după ce au fost congelate și transportate în întreaga lume.”
Nanoparticulele lipidice livrează instrucțiuni genetice în celule, determinându-le să producă proteine care tratează sau previn boli. Acest sistem este considerat standardul de aur pentru livrarea ARN terapeutic, dar se confruntă în continuare cu provocări. Soluțiile tampon sunt folosite pentru a menține nanoparticulele stabile în timpul congelării și transportului, însă acest lucru s-a dovedit dificil deoarece particulele pot fi sensibile la schimbări de dimensiune, uniformitate și capacitate de încapsulare a ARNm terapeutic.
Echipa de cercetare a investigat modul în care diferite tampoane de stocare — în special Tris, histidină și citrat — afectează structura internă, stabilitatea și eficiența de livrare a ARNm-LNP. Experimentele au arătat că tipul și concentrația tamponului influențează nu doar cât de bine supraviețuiesc nanoparticulele congelării și decongelării, ci și schimbările structurale prin care trec în timpul livrării. Aceste schimbări controlează cât de eficient livrează ARNm în celule.
Tamponul pe bază de citrat a ajutat nanoparticulele să livreze ARNm mai eficient la temperaturi de refrigerare, dar nu le-a protejat în timpul congelării. Tamponul Tris a îmbunătățit potența după congelare și decongelare, păstrând stabilitatea, structura internă dorită și capacitatea de livrare a ARNm.
„Aceste nanoparticule lipidice protejează ARNm și ajută la livrarea lui în celule, dar nanoparticulele în sine sunt și ele sensibile la mediul de stocare”, a declarat Meysam Mohammadi-Zerankeshi, student doctorand în laboratorul lui Marras și primul autor al lucrării. „Dacă devin instabile în timpul congelării și decongelării, se pot agrega sau își pot pierde încărcătura, reducând eficiența livrării, iar atunci tratamentele nu mai funcționează.”
Colaborările lui Marras cu Lilly datează de mai mulți ani și includ lucrări cu Keith Johnston, profesor de inginerie chimică la UT Austin, precum și alte proiecte axate pe anticorpi și siRNA. Aceste colaborări le-au oferit cercetătorilor acces la instrumente și mostre relevante pentru dezvoltarea farmaceutică, permițându-le să scaleze sinteza nanoparticulelor și să testeze particulele pe patru linii celulare umane. Înțelegerea mecanismelor interacțiunilor ARN-lipide din LNP, obținută prin colaborarea academică, permite Lilly să proiecteze mai bine terapiile.
Chiar și cele mai bune vaccinuri cu ARNm, precum vaccinul COVID, au loc de îmbunătățire. Aproximativ 5% până la 10% din ARNm este livrat corect la țintă. Îmbunătățirea acestei rate ar putea reduce efectele secundare ale terapiilor.
„O modalitate de a depăși livrarea ineficientă este pur și simplu administrarea unei cantități mai mari de material, dar dozele mai mari pot crește și efectele secundare”, a spus Marras. „Aceasta este o parte din motivul pentru care s-ar putea să vă simțiți rău o zi sau două după un vaccin cu ARN. Dacă putem face aceste nanoparticule mai eficiente, am putea obține același efect terapeutic cu o doză mai mică, reducând potențial efectele secundare și făcând tratamentele mai ușor de suportat pentru pacienți.”
Prin optimizarea tampoanelor de stocare, producătorii pot realiza vaccinuri și tratamente cu ARNm mai robuste, contribuind la asigurarea faptului că pacienții beneficiază pe deplin de aceste medicamente.
