Stabilisering af mRNA-vacciner til levering til celler

Vacciner og terapier baseret på messenger-RNA kunne afgives lettere på grund af en ikke-toksisk polymer, der beskytter RNA og kontrollerer dets frigivelse inde i cellerne.

Fremkomsten af ​​vacciner, der bruger messenger-RNA (mRNA) til at styre immunogen proteinsyntese, bedst kendt i vacciner mod COVID-19, stimulerer forskere til at finde bedre måder at holde mRNA'et stabilt og levere det effektivt.

Et team ved University of Tokyo, med samarbejdspartnere i Japan og Kina, har nu udviklet polymerer, der kan interagere med, stabilisere og indkapsle mRNA, hvilket muliggør en yderst effektiv levering til dyrkede humane celler og celler fra levende mus. De har publiceret deres arbejde i tidsskriftet Science and Technology of Advanced Materials .

"Ud over vacciner mod infektionssygdomme præsenterer mRNA lovende muligheder for hidtil usete behandlinger som proteinerstatningsterapier, genredigering og immunterapier," siger Horacio Cabral fra University of Tokyo-teamet. "Men for at frigøre det fulde potentiale af disse avancerede terapier er udviklingen af ​​sikre og effektive bæresystemer altafgørende."

Forskerne undersøgte måder at finjustere strukturen af ​​deres polymermolekyler for at give dem mulighed for at interagere med mRNA for at beskytte det. De biokompatible og ikke-toksiske polymerer var af en type kaldet blok-copolymerer, bygget af alternerende segmenter af forskellige kemiske grupper, i dette tilfælde polyethylenglycol og polyglycerol.

Men nøglen til at opnå passende interaktion med mRNA var at knytte specifikke positivt ladede aminosyregrupper til den lange polymerskelette. Den positive ladning tiltrækker generelt polymeren til negativt ladet RNA, og de valgte aminosyrer var også i stand til at interagere med dele af mRNA'et i en proces kaldet pi-pi (π-π) stabling. Dette involverer interaktioner mellem elektroner i et træk kaldet pi-bindinger i cykliske molekylære ringe stablet side om side i de interagerende molekyler.

"Dette er en meget tilpasselig tilgang, der tillader finjustering af vores polymers interaktioner med mRNA," siger Cabral. Som et resultat blev mRNA'et stabiliseret meget effektivt, hvilket overvindede en stor ulempe ved ustabilitet fundet med alternative tilgange.

Polymeren og mRNA samles spontant til sfæriske bundter - miceller - der effektivt leverede mRNA-lasten ind i dyrkede celler og også i museceller efter intramuskulær injektion. mRNA'et blev let frigivet inde i cellerne for at generere de proteiner, det kodede for ved høj effektivitet og i betydeligt længere tid end alternative metoder.

"Dette arbejde var meget udfordrende på grund af den sarte natur af mRNA, et meget skrøbeligt molekyle, der har brug for beskyttelse uden for målcellerne, men øjeblikkelig eksponering for cellemaskineriet, når først det er inde," siger Cabral. Han tilføjer, "Vores succes er spændende på grund af dets potentiale til at transformere mRNA-leveringsteknologier, hvilket muliggør præcis konstruktion, innovative frigivelsesstrategier og overvindelse af kritiske barrierer for at øge stabiliteten og effektiviteten i mRNA-baserede terapier."

Flere oplysninger: Wenqian Yang et al., Blok-catiomerer med flankerende hydrolyserbare tyrosinatgrupper forbedrer in vivo mRNA-levering via π–π-stabling-assisteret micellær samling, Science and Technology of Advanced Materials (2023). DOI:10.1080/14686996.2023.2170164

Journaloplysninger: Videnskab og teknologi for avancerede materialer

Leveret af National Institute for Materials Science