Røntgensyn til undersøgelse af mRNA nanomedicin

En ny teknologi, der er udviklet i fællesskab på EMBL Hamburg, giver ny indsigt i mRNA-lægemidler og andre nanomedicin, som kan være nyttige for udviklingen af ​​nye produkter

Messenger RNA (mRNA) nanomedicin, en banebrydende teknologi, der har ført til udviklingen af ​​den første godkendte COVID-19-vaccine, blev for nylig anerkendt af Nobelprisen i medicin eller fysiologi. Men mRNA's potentiale for farmaceutisk anvendelse forventes at gå meget ud over dette - det kan åbne op for nye muligheder for behandling og forebyggelse af sygdomme, såsom virale og bakterielle infektioner, cancer, hjerte-kar-sygdomme og inflammatoriske og autoimmune sygdomme. Det kunne også transformere det store felt af interventioner med terapeutiske proteiner.

Mange nye mRNA-nanomedicin, som i øjeblikket er i forskellige udviklingsstadier, kan blive tilgængelige i fremtiden. Et krav til alle anvendelser af mRNA i farmaceutiske produkter er, at de skal formuleres i passende leveringssystemer, der hver især er designet til forskellige funktioner og optimeret til terapeutiske produktbehov baseret på den tilsigtede anvendelse og leveringsvej.

Lipid-baserede nanopartikler er små dråber af fedtlignende molekyler, der tjener som beskyttende emballage for mRNA'et. Deres egenskaber afhænger af sammensætning, struktur, fremstillingsprotokol og andre forhold.

Et vigtigt aspekt af nanopartikler er deres størrelse. Af natur kan nanopartikler variere en lille smule i størrelse, nogle er en smule mindre, og nogle lidt større end gennemsnitsværdien. Partikelstørrelsen kan f.eks. have indflydelse på formuleringernes stabilitet og adfærd efter indgivelse. Det er derfor vigtigt at kontrollere partikelstørrelsen inde i et farmaceutisk produkt for at evaluere og sikre dets kvalitet.

Forskere ved EMBL Hamburg, Johannes Gutenberg University Mainz, Postnova Analytics GmbH og BioNTech SE har udviklet en ny metode til præcist at belyse størrelsen af ​​alle partikler i sådanne farmaceutiske produkter, såvel som deres struktur og hvor mange RNA-molekyler de bærer inde i dem. Undersøgelsen blev udført baseret på lipoplex-formuleringer, en mRNA-leverende teknologi udviklet af BioNTech. Værket er publiceret i tidsskriftet Scientific Reports .

"Indtil videre har det været meget svært at måle alle disse størrelsesrelaterede egenskaber; derfor blev der ofte kun bestemt gennemsnitsværdier," sagde Heinrich Haas, en af ​​lederne af projektet. "Med vores nye metode kan vi bestemme mange størrelsesrelaterede funktioner på én gang, med en enkelt måling og for alle nanopartikler i et produkt. Denne information kan være praktisk til at evaluere produktkvaliteten."

Metoden vil også være anvendelig til undersøgelse af andre farmaceutiske produkter.

"Liposomer er en anden type farmaceutiske nanopartikler, som har været anvendt i årevis til behandling af kræft eller infektionssygdomme såsom svampeinfektioner," sagde Peter Langguth, projektleder ved Johannes Gutenberg University Mainz.

"Nu er selv generiske liposomprodukter tilgængelige på markedet, og der vil sandsynligvis være flere på vej. Den nye metode kan være meget nyttig til at vurdere kvaliteten af ​​disse generiske lægemidler i forhold til originalprodukterne og vil bane vejen for yderligere høj- kvalitetslægemiddelprodukter til en endnu mere rimelig pris."

En to-i-én metode

Det, der gør den nye metode så kraftfuld, er, at den kombinerer to teknikker:asymmetrisk-flow-felt-flow-fraktionering (AF4) og small-angle X-ray scattering (SAXS). AF4 adskiller lipidbaserede nanopartikler fra andre dele af et mRNA-nanomedicin og sorterer dem efter deres størrelse.

SAXS giver forskere mulighed for at bestemme strukturen og antallet af sorterede partikler. For at gøre dette utvetydigt skal kun én type partikel analyseres ad gangen, hvorfor det er så vigtigt at kombinere sortering og måling.

SAXS er en af ​​nøgleteknikkerne, der anvendes og er tilgængelig på EMBL Hamburg som en service for forskere fra den akademiske verden og industrien i og uden for Europa. EMBL Hamburgs SAXS-strålelinje ved PETRA III-synkrotronen, nu udstyret med AF4-enheden – sat op med hjælp fra samarbejdspartnere hos Postnova Analytics GmbH – vil åbne op for nye muligheder ikke kun for at studere farmaceutiske nanopartikler, men også for andre typer forskning.

"Kombinationen af ​​disse to værktøjer kan nu bruges inden for mange forskellige videnskabsområder," sagde Melissa Graewert, Staff Scientist ved EMBL Hamburg.

"Ud over at være med til at skabe ny medicin, kan vi også bruge dem til at forstå, hvordan partikler af forskellig størrelse interagerer i komplekse biologiske systemer. For eksempel har jeg nu brugt dette nye setup til at undersøge, hvordan meget små plastikrester kaldes nanoplastik, som forurener vores farvande, kan dækkes af bindende proteiner på deres overflade Et centralt spørgsmål er, om denne proteinafskærmning gør det muligt for nanoplast at rejse gennem vores blodbane og potentielt nå forskellige organer, da de måske ikke længere genkendes som fremmedlegemer af vores immunsystem. "

Dette arbejde følger op på adskillige tidligere samarbejdsundersøgelser mellem EMBL Hamburg, BioNTech SE og Johannes Gutenberg University Mainz, som undersøgte, hvordan mRNA bedre kan formuleres og leveres til menneskelige celler. Forskerne fortsætter deres forskningssamarbejde for yderligere at udforske anvendelsen af ​​mRNA nanomedicin.

Flere oplysninger: Melissa A. Graewert et al., Kvantitativ størrelsesopløst karakterisering af mRNA-nanopartikler ved in-line kobling af asymmetrisk flow-feltstrømsfraktionering med røntgenspredning med lille vinkel, Scientific Reports (2023). DOI:10.1038/s41598-023-42274-z

Journaloplysninger: Videnskabelige rapporter

Leveret af European Molecular Biology Laboratory