Наночастицы, улучшающие доставку мРНК, могут снизить дозировку и стоимость вакцины

Новая частица доставки, разработанная в Массачусетском технологическом институте, может сделать мРНК-вакцины более эффективными и потенциально снизить стоимость одной дозы вакцины.

В исследованиях на мышах ученые показали, что мРНК-вакцина против гриппа, доставленная с помощью новых липидных наночастиц, может генерировать тот же иммунный ответ, что и мРНК, доставленная наночастицами, изготовленными из материалов, одобренных FDA, но примерно в 1/100 дозы.

«Одной из проблем, связанных с мРНК-вакцинами, является их стоимость», — говорит Дэниел Андерсон, профессор факультета химической инженерии Массачусетского технологического института и член Института интегративных исследований рака им. Коха Массачусетского технологического института и Института медицинской инженерии и науки (IMES).

«Когда вы думаете о стоимости создания вакцины, которая могла бы широко распространяться, она действительно может вырасти. Наша цель состояла в том, чтобы попытаться создать наночастицы, которые могут дать вам безопасный и эффективный ответ на вакцину, но в гораздо меньшей дозе».

В то время как исследователи использовали свои частицы для доставки вакцина против гриппаПо их словам, их также можно использовать для создания вакцин от COVID-19 и других инфекционных заболеваний.

Андерсон — старший автор исследования, в котором появляется в Природные нанотехнологии. Ведущими авторами статьи являются Арнаб Рудра, приглашенный ученый из Института Коха; Акаш Гупта, научный сотрудник Института Коха; и Кэлан Рид, аспирант Массачусетского технологического института.

Эффективная доставка

Чтобы защитить мРНК-вакцины от разрушения в организме после инъекции, их упаковывают внутри липидных наночастиц, или ЛНП. Эти жировые сферы помогают мРНК проникнуть в клетки, где ее можно транслировать во фрагмент белка такого патогена, как грипп или SARS-CoV-2.

В новом исследовании команда Массачусетского технологического института стремилась разработать частицы, которые могут вызвать эффективное иммунный ответно в более низкой дозе, чем частицы, которые сейчас используются для доставки мРНК-вакцин против COVID-19. По словам исследователей, это может не только снизить затраты на дозу вакцины, но и помочь уменьшить потенциальные побочные эффекты.

ЛНЧ обычно состоят из пяти элементов: ионизируемого липида, холестерина, хелперного фосфолипида, липида полиэтиленгликоля и мРНК. В этом исследовании исследователи сосредоточились на ионизируемом липиде, который играет ключевую роль в эффективности вакцины.

Основываясь на своих знаниях о химических структурах, которые могут повысить эффективность доставки, исследователи разработали библиотеку новых ионизируемых липидов. Они содержали циклические структуры, которые могут помочь улучшить доставку мРНК, а также химические группы, называемые сложными эфирами, которые, по мнению исследователей, также могут помочь улучшить биоразлагаемость.

Затем исследователи создали и протестировали множество комбинаций этих структур частиц на мышах, чтобы увидеть, какие из них могут наиболее эффективно доставлять ген люциферазы, биолюминесцентного белка. Затем они взяли свою самую эффективную частицу и создали библиотеку новых вариантов, которую протестировали в следующем раунде скрининга.

На этих экранах появился верхний LNP, который исследователи назвали AMG1541. Одной из ключевых особенностей этих новых ЛНЧ является то, что они более эффективны в борьбе с основным барьером для доставки частиц, известным как выход из эндосом. После того, как ЛНЧ проникают в клетки, они изолируются в клеточных компартментах, называемых эндосомами, из которых им необходимо вырваться, чтобы доставить мРНК. Новые частицы сделали это более эффективно, чем существующие ЛНЧ.

Еще одним преимуществом новых ЛНЧ является то, что сложноэфирные группы в хвостах делают частицы разлагаемыми после того, как они доставят свой груз. Это означает, что их можно быстро вывести из организма, что, по мнению исследователей, может уменьшить побочные эффекты вакцины.

Более мощные вакцины

Чтобы продемонстрировать потенциальное применение LNP AMG1541, исследователи использовали его для доставки мРНК вакцины против гриппа мышам. Они сравнили эффективность этой вакцины с вакциной против гриппа, изготовленной из липида SM-102, который одобрен FDA и использовался компанией Moderna в своей вакцине против COVID-19.

Исследователи обнаружили, что мыши, вакцинированные новыми частицами, вызывали тот же ответ антител, что и мыши, вакцинированные частицами SM-102, но для возникновения этого ответа требовалась только 1/100 дозы.

«Это почти в сто раз меньшая доза, но вы производите такое же количество антител, что позволяет значительно снизить дозу. Если это применимо к людям, это также должно значительно снизить стоимость», — говорит Рудра.

Дальнейшие эксперименты показали, что новые ЛНЧ способны лучше доставлять свой груз к критическому типу иммунных клеток, называемому антигенпредставляющие клетки. Эти клетки измельчают чужеродные антигены и отображают их на своей поверхности, что сигнализирует другим иммунным клеткам, таким как В- и Т-клетки, об активации против этого антигена.

Новые LNP также с большей вероятностью будут накапливаться в лимфатические узлыгде они сталкиваются с гораздо большим количеством иммунных клеток.

По словам исследователей, использование этих частиц для доставки мРНК-вакцин против гриппа может позволить разработчикам вакцин лучше сопоставлять штаммы гриппа, циркулирующие каждую зиму.

«Что касается традиционных вакцин против гриппа, их производство приходится начинать почти на год раньше», — говорит Рид. «С помощью мРНК вы можете начать производить ее гораздо позже в этом сезоне и получить более точное представление о том, какие штаммы будут циркулировать в крови, и это может помочь повысить эффективность вакцин против гриппа».

По словам исследователей, частицы также могут быть адаптированы для вакцин против COVID-19, ВИЧ или любого другого инфекционного заболевания.

«Мы обнаружили, что они работают намного лучше, чем все, о чем сообщалось до сих пор. Вот почему мы думаем, что в отношении любых внутримышечных вакцин наши платформы LNP могут быть использованы для разработки вакцин от ряда заболеваний», — говорит Гупта.

Эта история переиздана с любезного разрешения MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, освещающий новости об исследованиях, инновациях и преподавании MIT.