Ученые Сириуса создали новые универсальные наночастицы для эффективной доставки матричной и самоамплифицирующейся РНК платформ in vivo

Ученые Научно-технологического университета «Сириус» совместно с коллегами из Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи и Сеченовского университета разработали уникальные пятикомпонентные липидные наночастицы (LNP-5). Они способны безопасно и эффективно доставлять мРНК (матричную рибонуклеиновую кислоту) и саРНК (самоамплифицирующуюся) внутрь клеток организма. За счет высокой эффективности упаковки генетического материала (более 80%), контролируемого размера частиц (80–120 нм) и минимальной токсичности, разработанные LNP-5 могут стать основой для создания и исследования ряда отечественных вакцин и препаратов РНК-терапии.

Ключевым результатом работы стало создание универсальной транспортной платформы, которая превосходит стандартные четырехкомпонентные аналоги (LNP-4) по уровню доставки. Исследование поможет разработчикам лекарственных препаратов создавать безопасные вакцины, а также препараты для борьбы с тяжелыми инфекционными, онкологическими и наследственными заболеваниями. Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале ChemMedChem и выполнено в рамках государственной программы научно-технологического развития федеральной территории Сириус.

Современные биоинженерные и терапевтические подходы активно используют РНК-платформы для тонкой настройки иммунной системы и для борьбы со сложными заболеваниями и патологиями. Сами по себе молекулы РНК крайне хрупкие и мгновенно разрушаются ферментами в кровотоке, не успевая проникнуть внутрь клеток целевого органа. Для их защиты необходимы специальные «наноконтейнеры» - липидные наночастицы. Основные особенности таких систем доставки в контексте генной терапии и применения в качестве вакцин были освещены в обзоре научного коллектива в журнале Frontiers in Pharmacology.

Существующие стандартные системы доставки часто работают по принципу компромисса: одни компоненты обеспечивают быстрое высвобождение лекарства, но действуют слишком короткое время, а другие работают дольше, но могут вызывать токсичные эффекты или хуже проникать в целевые ткани. Перед учеными стояла задача создать стабильный, безопасный и универсальный носитель.

«Ионизируемые липиды играют ключевую роль в формировании наночастиц, влияя на их стабильность, эффективность захвата клеткой и последующий синтез белка. Широко исследуемые липидные компоненты ALC-0315 и SM-102, которые применяются в зарубежных вакцинах против COVID-19, обладают разными достоинствами: ALC-0315 и его метаболиты имеют длительный период полувыведения из тканей печени, а SM-102 гарантирует ускоренное биоразложение и быстрое высвобождение РНК. Суть нашего решения заключается в объединении лучших качеств обоих липидов в единой конструкции. Мы создали пятикомпонентную систему LNP-5 с комбинацией ALC-0315 и SM-102 вместе с холестерином, фосфолипидом DSPC и пэгилированным компонентом DMG-PEG-2000. Это позволило добиться синергетического эффекта как в in vitro, так и в in vivo экспериментах», - отмечает к.х.н., ведущий научный сотрудник группы РНК вакцин, Иван Скворцов.

Для поиска идеального соотношения компонентов ученые применили метод математического планирования эксперимента (Design of Experiments) совместно с микрофлюидными технологиями. Это позволило с высокой точностью контролировать сборку наноструктур.

По словам ученых, в ходе тестов на живых организмах (in vivo) система LNP-5 показала отличные результаты:

Для мРНК обеспечивается моментальный, мощный, но кратковременный запуск производства нужного белка.

Для саРНК самоамплифицирующаяся РНК – уникальная разновидность РНК, которая способна «самокопироваться» (реплицироваться) прямо внутри клетки. Благодаря этому свойству, запущенный процесс производства целевого белка плавно нарастает и достигает своего пика на 7-й день после введения.

Анализ методом ПЦР в реальном времени (RT-PCR) показал, что к седьмому дню количество копий саРНК превосходило мРНК. Это подтверждает долговременный терапевтический эффект и расширяет временное окно действия лекарства.

«Объединив два ключевых липида в одной частице, мы получили универсальный и настраиваемый платформенный инструмент: ускоренная экспрессия и пролонгированный эффект. Наши частицы стабильно упаковывают разные типы нуклеиновых кислот одной и той же комбинацией липидов, открывая новые возможности в сфере применения адресных систем доставки нуклеиновых кислот», - подчеркивает к.б.н., руководитель научной группы РНК-вакцин Василий Решетников.

Внедрение разработанной технологии LNP-5 позволит оптимизировать и усовершенствовать процесс создания РНК-препаратов. В дальнейших планах научного коллектива – масштабирование технологии, адаптация платформы для создания конкретных терапевтических систем против трудноизлечимых заболеваний.

Источник фото: Научно-технологический университет «Сириус». Автор: Скворцов Иван Александрович