מהנדסי פן יש ננו-חלקיקי שומנים שונה (LNPs) -; הטכנולוגיה המהפכנית מאחורי חיסוני ה-mRNA COVID-19 -; לא רק לחצות את מחסום הדם-מוח (BBB), אלא גם לכוון לסוגים ספציפיים של תאים, כולל נוירונים. פריצת דרך זו מסמנת צעד משמעותי לקראת טיפולים פוטנציאליים של הדור הבא למחלות נוירולוגיות כמו אלצהיימר ופרקינסון.
בעיתון חדש ב אותיות ננוהחוקרים מדגימים כיצד פפטידים -; מחרוזות קצרות של חומצות אמינו -; יכול לשמש כמולקולות מיקוד מדויקות, המאפשרות ל-LNPs לספק mRNA ספציפית לתאי האנדותל שמצפים את כלי הדם של המוח, כמו גם לנוירונים.
זה מייצג התקדמות חשובה באספקת mRNA לסוגי התאים שיהיו מפתח בטיפול במחלות נוירודגנרטיביות; כל טיפול כזה יצטרך להבטיח ש-mRNA יגיע למיקום הנכון. עבודה קודמת של אותם חוקרים הוכיחה ש-LNPs יכולים לחצות את BBB ולהעביר mRNA למוח, אך לא ניסו לשלוט לאילו תאים ה-LNPs מכוונים.
המאמר הראשון שלנו היה עיצוב ננו-חלקיקי ליפידים הוכחה למושג. זה היה כמו להראות שאנחנו יכולים לשלוח חבילה מפנסילבניה לקליפורניה, אבל לא היה לנו מושג לאן בקליפורניה היא תגמר. עכשיו, עם פפטידים, אנחנו יכולים לפנות את החבילה ליעדים ספציפיים עם תכונות משותפות, כמו כל בית עם תיבת דואר אדומה".
מייקל ג'יי מיטשל, פרופסור חבר בביו-הנדסה (BE) והמחבר הבכיר של המאמר
האתגר של גישה למוח
חציית ה-BBB קשה מכיוון שהמבנה התפתח כדי להרחיק כמעט כל מולקולה מסוכנת או זרה, כולל רוב התרופות; מולקולות mRNA גדולות מכדי לחדור למחסום, כמו רוב התרופות. ה-BBB גם מוציא באופן אקטיבי חומרים שהוא מחשיב כמסוכנים.
"אתה יכול להזריק טיפול ישירות למוח או לעמוד השדרה, אבל אלה הליכים פולשניים מאוד", אומרת אמילי האן, דוקטורנטית במעבדת מיטשל והמחברת הראשונה של המאמר.
מכיוון שה-BBB מאפשר למולקולות מסיסות שומן לעבור (כמו אלכוהול ו-THC, וזו הסיבה שהחומרים האלה משפיעים על המוח), פורמולציות מסוימות של LNPs, העשויות בחלקן מאותה משפחה של תרכובות שומניות הנמצאות בשמנים יומיומיים, יכולים לחמוק פנימה לתוך המוח.
פפטידים לעומת נוגדנים
עד כה, רוב המחקר על מיקוד איברים ספציפיים עם LNPs התמקד בשילובם עם נוגדנים, חלבונים גדולים שמתפקדים כמו תגי שם ביולוגיים. "כאשר אתה שם נוגדנים על LNPs, הם עלולים להפוך לא יציבים וגדולים יותר בגודלם, מה שמקשה מאוד להידחק דרך המחסום", אומר האן.
בניגוד לנוגדנים, שאורכם יכול להיות מאות חומצות אמינו, פפטידים הם רק באורך של עשרות חומצות אמינו. הגודל הקטן שלהם אומר שהם לא רק שקל יותר להציב אותם במספרים גדולים על LNPs אלא גם זולים יותר לייצור. פפטידים גם נוטים הרבה פחות מנוגדנים להצטבר במהלך ניסוח LNP או לעורר תגובות חיסוניות לא מכוונות.
הבחירה להשתמש בפפטידים התחילה במפגש בלתי צפוי בין האן לבין עטלף שעף לחדרה, שעלול לחשוף אותה לכלבת. בזמן שחקרה את החיסונים שקיבלה נגד המחלה, האן למדה שאחת הדרכים שבהן נגיף הכלבת חוצה את BBB היא באמצעות הגליקופרוטאין של וירוס הכלבת. "אז נתקלתי באחד מפפטידי המיקוד המבטיחים ביותר שלנו", אומר האן, מולקולה המכונה RVG29, מקטע של 29 חומצות אמינו של החלבון הזה.
בודקים את הקונספט
כדי לאשר שהפפטידים פועלים כמתוכנן, החוקרים היו צריכים תחילה לוודא שהם דבקים ב-LNPs. "ה-LNPs שלנו הם תערובת מורכבת של חומצות גרעין, ליפידים ופפטידים", אומר האן. "היינו צריכים לייעל את שיטות הכימות כדי לבחור את הפפטידים מול כל האותות האחרים האלה."
לאחר שידעו שהפפטידים נדבקו ל-LNPs, החוקרים נאלצו לקבוע אם ה-LNPs המתפקדים בפפטיד (pLNPs) אכן הגיעו ליעדים המיועדים במודלים של בעלי חיים. "זה ממש קשה להגדיר", אומר האן, "כי במוח, יש לך כל כך הרבה סוגי תאים שונים והרבה שומן שיכולים להפריע למדידות". במשך יותר משישה חודשים, האן פיתח בקפידה פרוטוקול לפרק בזהירות רקמת מוח, כמעט כמו מכונאי שמפרק מנוע.
כיוונים עתידיים
לאחר מכן, הצוות שואף לקבוע באיזה חלק של נוירונים יש לטפל באמצעות pLNPs כדי להקל באופן משמעותי על הסימפטומים או לרפא מחלות נוירולוגיות. "אם נחזור לאותה אנלוגיה, האם אנחנו צריכים לשלוח אותם לכל בית עם תיבת דואר אדומה, או רק 10% מהם? האם 10% מהנוירונים יספיקו?" שואל מיטשל.
מענה על שאלה זו ינחה את הפיתוח של אסטרטגיות מסירה יעילות עוד יותר, ויקרב את ההבטחה של טיפולים מבוססי mRNA לאלצהיימר, פרקינסון ומחלות מוח אחרות למציאות.
מחקר זה נערך בבית הספר להנדסה ומדע יישומי של אוניברסיטת פנסילבניה ונתמך על ידי המכון הלאומי לבריאות בארה"ב (DP2 TR002776), קרן Burroughs Wellcome, הקרן הלאומית למדע בארה"ב (CBET-2145491) והאגודה האמריקנית לסרטן (RSG-22-122-01-ET).
מחברים שותפים נוספים כוללים את סופיה טאנג, דונגיון קים, אמנדה מ. מארי, קלסי ל. סווינגל, אלכס ג'י המילטון, קייטלין מרקסיץ', מרשל ס. פדילה וג'קלין לי מפן הנדסה, ורוהן פלנקי מפן הנדסה ובית החולים לילדים של פילדלפיה.
