Geïnspireerd door het ontwerp van space shuttles hebben onderzoekers van Penn Engineering een nieuwe manier bedacht om een ​​sleutelcomponent van lipide nanodeeltjes (LNP’s) te synthetiseren, het revolutionaire toedieningsvoertuig voor mRNA-behandelingen, waaronder de Pfizer-BioNTech- en Moderna COVID-19-vaccins, waardoor de productie wordt vereenvoudigd van LNP's terwijl hun werkzaamheid bij het afleveren van mRNA aan cellen voor medicinale doeleinden wordt vergroot.

In een artikel in Nature Communications Michael J. Mitchell, universitair hoofddocent bij de afdeling Bioengineering, beschrijft een nieuwe manier om ioniseerbare lipidoïden te synthetiseren, belangrijke chemische componenten van LNP's die medicinale ladingen helpen beschermen en leveren. Voor dit artikel testten Mitchell en zijn co-auteurs de levering van een mRNA-medicijn voor de behandeling van obesitas en hulpmiddelen voor het bewerken van genen voor de behandeling van genetische ziekten.

Eerdere experimenten hebben aangetoond dat lipidoïden met vertakte staarten beter presteren bij het afleveren van mRNA aan cellen, maar de methoden voor het maken van deze moleculen zijn tijd- en kostenintensief. "Wij bieden een nieuwe constructiestrategie voor snelle en kostenefficiënte synthese van deze lipidoïden", zegt Xuexiang Han, een postdoctoraal student in het Mitchell Lab en co-eerste auteur van het artikel.

De methode omvat het combineren van drie chemicaliën:een amine-"kop", twee alkylepoxide-"staarten" en ten slotte twee acylchloride-"vertakte staarten". De gelijkenis van de voltooide lipidoïde met een space shuttle die aan twee booster-raketten is vastgemaakt, is niet toevallig:op de universiteit, herinnert Han zich, maakte een documentaire over de space shuttle hem onder de indruk van het ontwerp van solide raketboosters waarmee de shuttle in een baan om de aarde kon komen. "Ik bedacht dat we twee vertakte staarten als 'boosters' aan de lipidoïde konden toevoegen om de afgifte van mRNA te bevorderen", zegt Han.

De toevoeging van de vertakte staarten leidde inderdaad tot een opvallende toename van het vermogen van LNP's uitgerust met de nieuwe lipidoïde om mRNA aan doelcellen af ​​te leveren, net als een raket waarvan de boosters het gemakkelijker maken om de atmosfeer binnen te dringen. "We zagen een dramatische toename van een hormoon dat het metabolisme reguleert om cellen te targeten na het afleveren van mRNA met behulp van deze lipidoïden, wat erg spannend is als je het beschouwt als een manier om zwaarlijvigheid te behandelen", zegt Mitchell.

Meer informatie: Xuexiang Han et al, In situ combinatorische synthese van afbreekbare vertakte lipidoïden voor systemische afgifte van mRNA-therapieën en geneditors, Nature Communications (2024). DOI:10,1038/s41467-024-45537-z

Aangeboden door Universiteit van Pennsylvania