Nanopartikelforskere udvikler mikrofluidisk platform til bedre levering af genterapi til lungesygdomme

Forskere til lægemiddellevering ved Oregon State University har udviklet en enhed med potentiale til at forbedre genterapi for patienter med arvelige lungesygdomme såsom cystisk fibrose.

I cellekulturer og musemodeller demonstrerede forskere fra OSU College of Pharmacy en ny teknik til aerosolisering af inhalerbare nanopartikler, der kan bruges til at transportere messenger-RNA, teknologien, der understøtter COVID-19-vacciner, til patienters lunger.

Resultaterne er vigtige, fordi den nuværende forstøvningsmetode for nanopartikler udsætter dem for forskydningsstress, hvilket hindrer deres evne til at indkapsle det genetiske materiale og får dem til at aggregere i visse områder af lungerne i stedet for at sprede sig jævnt, sagde forskerne.

Undersøgelsen ledet af Gaurav Sahay, professor i farmaceutiske videnskaber, blev offentliggjort i ACS Nano .

Sahays laboratorium studerer lipidnanopartikler eller LNP'er som et genleveringsmiddel med fokus på cystisk fibrose, en progressiv genetisk lidelse, der resulterer i vedvarende lungeinfektion og påvirker 30.000 mennesker i USA, med omkring 1.000 nye tilfælde identificeret hvert år.

Et defekt gen - cystisk fibrose transmembrane konduktansregulator eller CFTR - forårsager sygdommen, som er karakteriseret ved lungedehydrering og slimopbygning, der blokerer luftvejene.

Lipider er organiske forbindelser, der indeholder fede haler og findes i mange naturlige olier og voksarter, og nanopartikler er små stykker materiale, der varierer i størrelse fra en til 100 milliardtedele af en meter. Messenger RNA leverer instruktioner til celler for at lave et bestemt protein.

Med coronavirus-vaccinerne instruerer det mRNA, som lipid-nanopartiklerne bærer, celler til at lave et uskadeligt stykke af virusets spikeprotein, som udløser et immunrespons fra kroppen. Som en terapi for cystisk fibrose ville det genetiske materiale rette fejlen i patienternes CFTR-gen.

"Vi brugte en ny mikrofluidisk chip, der hjælper med at generere faner, der bærer nanopartikler og ikke forårsager nogen forskydningsspænding," sagde Sahay. "Denne enhed er baseret på den lignende idé om en inkjet-patron, der genererer faner til at udskrive ord på papir."

For fire år siden, sagde Sahay, kontaktede en Oregon-baseret startup kaldet Rare Air Health Inc. ham om udsigten til at bruge mikrofluidisk teknologi til aerosolisering og levering af lipid-nanopartikler.

Mikrofluidik er studiet af, hvordan væsker opfører sig, når de bevæger sig gennem eller er indespærret i mikrominiaturiserede enheder udstyret med kanaler og kamre. Overfladekræfter i modsætning til volumetriske kræfter dominerer væsker på mikroskalaen, hvilket betyder, at væsker virker meget anderledes der, end hvad der observeres i hverdagen.

"Da Rare Air kom til mig, troede jeg, at enheden kunne fungere godt til vores formål, og det, der fulgte, var omfattende undersøgelser, der viste denne enheds overlegenhed til at generere aerosoliserede nanopartikler sammenlignet med klinisk brugte vibrerende mesh-forstøvere," sagde Sahay.

"Enheden lader ikke nanopartiklerne aggregere og kan levere mRNA med højere præcision end eksisterende teknologi. Den ekstra fede ting er, at denne enhed kan styres digitalt, og Rare Air udvikler prototyper til menneskelig brug."

Ud over Sahay var de andre Oregon State-forskere på undersøgelsen Yulia Eygeris, Jeonghwan Kim, Antony Jozić og Elissa Bloom. Forskere fra Funai Microfluidic Systems i Lexington, Kentucky, var også en del af samarbejdet.

"Funai fokuserer på inkjet-teknologi og opbygning af disse chips i stor skala; de arbejdede tæt sammen for at gøre enheden egnet til aerosolisering," sagde Sahay, der udover sin rolle hos OSU fungerer som rådgiver og konsulent for Rare Air. "Denne undersøgelse demonstrerer et ægteskab mellem nye enheder og formuleringsvidenskab, der kan have stor indflydelse på menneskers sundhed."

Flere oplysninger: Jeonghwan Kim et al., Microfluidic Platform muliggør shearless aerosolization af lipid nanopartikler til mRNA-inhalation, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.4c00768

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af Oregon State University