בתגלית שיכולה להרחיב את הגישה לתרופות ביולוגיות מהדור הבא ולחיסונים, חוקרים מבית הספר להנדסה מולקולרית של אוניברסיטת שיקגו פריצקר (UCHICAGO PME) הנדסו ננו-חלקיקים מבוססי פולימרים הנוצרים עם משמרת טמפרטורה פשוטה-כימיקלים קשים פשוטים, ללא ציוד מיוחד, ואין צורך בעיבוד.
החלקיקים החדשים, המתוארים ב הטבע הנדסה ביו -רפואיתהרכבה עצמית בטמפרטורה בחדר במים, ובגלל תנאים עדינים אלה יכולים לספק חלבונים, שאינם יציבים בניסוחים רבים של חלקיקי ננו.
מה שמרגש אותי בפלטפורמה זו הוא הפשטות והגמישות שלה. פשוט על ידי התחממות מדגם מטמפרטורת המקרר לטמפרטורת החדר, אנו יכולים להכין באופן אמין חלקיקים שמוכנים לספק מגוון רחב של תרופות ביולוגיות. "
סטיוארט רואן, סופר סניור משותף, פרופסור בארי ל. מקלין לחדשנות ומיזם להנדסה מולקולרית באוצ'יקאגו פריצקר הנדסה מולקולרית ומדען צוות ארגון המעבדה הלאומית
מבעיה לפלטפורמה
חלקיקים ננו הם המפתח להגנה על תרופות עדינות כמו RNA וחלבונים מפני השפלה בגוף לפני שהם מגיעים לתאים הנכונים. חלקיקים ננו-חלקיקים (LNPs), העשויים ממולקולות שומניות, אפשרו למשל את חיסוני ה- mRNA של COVID-19. אולם LNPs מסתמכים על ממיסים מבוססי אלכוהול ועל צעדים לייצור רגישים לייצר אותם מתאימים בצורה לא טובה למסירת חלבונים וקשה לקנה מידה.
"רצינו להכין מערכת מסירה שיכולה לעבוד הן עבור טיפולי RNA והן עבור חלבון-מכיוון שרוב הפלטפורמות מתמחות רק באחת", אמר הסופר הראשון סמיר הוסייני, סטודנט לתואר שני באוצ'יקאגו. "רצינו גם להפוך את זה להרחבה, מבלי להזדקק לממסים רעילים או למיקרו -פלואידים מסובכים."
הוסאני שיער כי חלקיקים מבוססי פולימרים יכולים להציע אלטרנטיבה חזקה יותר וניתנת להתאמה אישית. הוא תיאר את המאפיינים הנדרשים; מערכת החיסון תגיב רק לחלקיקים בגדלים, צורות ומטענים מסוימים. לאחר מכן, הוא השתמש בכלים כימיים כדי להתחיל בעיצוב חלקיקים חדשים מאפס.
לאחר שניסה, וכוונון עדין, יותר מתריסר חומרים שונים, הוא מצא אחד שעבד. במים קרים, הפולימר-וכל המתרגל החלבון הרצוי מומס. אך כאשר הוא מחומם לטמפרטורת החדר, הפולימר המורכב בעצמו לננו-חלקיקים בגודל אחיד (או "פולימרים") המקיפים את מולקולות החלבון.
"גודל החלקיקים והמורפולוגיה שלנו מוכתבים רק על ידי הכימיה של הפולימרים שעיצבתי מלמטה למעלה", הסביר Hossainy. "אנחנו לא צריכים לדאוג ליצירת גדלי חלקיקים שונים, וזה אתגר עם הרבה חלקיקים של היום."
נשיאת מטען רב -תכליתי
כדי לבחון את הפולימרים החדשים, חוסייני עבד עם עמיתים במעבדה של רואן כמו גם עם פרופ 'ג'פרי האובבל לשעבר של אוצ'יקאגו לשעבר, כיום באוניברסיטת ניו יורק. ראשית, הם הראו כי החלקיקים יכולים לעטוף יותר מ- 75% מהחלבון וכמעט 100% מה- RNA הקצר המפריע (siRNA) של מטען גבוה יותר מרוב המערכות הנוכחיות-והם יכולים להיות מיובשים להקפיא ולאחסן ללא קירור עד שצריך.
בהקשר של חיסון, הוסאני ומשתפי הפעולה שלו גילו כי הפולימרים יכולים לשאת ביעילות חלבון, וכאשר הם מוזרים לעכברים, להוביל את מערכות החיסון של בעלי החיים ליצירת נוגדנים ארוכי טווח כנגד אותו חלבון. ניסוי נוסף הראה כי חלקיקי הננו יכולים גם לשאת חלבונים שנועדו למנוע תגובה חיסונית בהקשר של אסטמה אלרגית. ושליש הראו כי הזרקת פולימרים לגידולים עלולה לחסום גנים הקשורים לסרטן ולדכא את צמיחת הגידול בעכברים.
"הדבר המרגש הוא שלא היינו צריכים להתאים מערכת אחרת לכל מקרה שימוש", אמר הוסייני. "הניסוח האחד הזה עבד עבור כל מה שניסינו חלבונים, RNA, הפעלה חיסונית, דיכוי חיסוני ומיקוד ישיר לגידול."
פיתרון מדרגי לחיסונים ברחבי העולם
אחד היתרונות הגדולים ביותר של הפולימרים החדשים על פני LNPs הנוכחיים הוא הפוטנציאל לייצור נמוך-טק ומבוזר. הוסאני אומר שהוא מדמיין שהוא מסוגל לשלוח ניסוחים מיובשים בהקפאה של חלקיקי הננו לכל מקום בעולם. כאשר יש להשתמש בהם, ניתן לערבב אותם במים קרים, לחמם ולהיות מוכנים למסור לחולים.
"היכולת לאחסן את היבשים האלה משפרת באופן דרסטי את היציבות של ה- RNA או החלבון", אמר הוסאני.
הקבוצה ממשיכה לעבוד על סיבוב עדין של החלקיקים בכדי לשאת יותר סוגים של מטענים, כולל RNA של מסנג'ר כמו זה המשמש בחיסונים COVID-19 (בדרך כלל גדול בהרבה מה- siRNA ששימש בניסוי הנוכחי). הם גם מתכננים לשתף פעולה במחקרים פרה-קליניים כדי ליישם את הפולימרים על אתגרי חיסונים או מסירת תרופות בעולם האמיתי.
