En skyddande mineralbeläggning identifierad av University of Wisconsin–Madisons biomedicinska ingenjörsforskare skulle kunna tillåta att kraftfulla budbärar-RNA-terapier som covid-19-vacciner lagras i rumstemperatur, vilket gör dem mer tillgängliga för samhällen med lägre resurser över hela världen.
I en artikel publicerad i tidskriften Acta Biomaterialia , professor William Murphy och medarbetare i hans labb i detalj hur man använder en optimerad mineralbeläggningskomposition kan bibehålla mRNA-aktivitet i upp till sex månader vid rumstemperatur. Med den typen av konservering skulle mRNA-terapi – vaccin mot infektionssjukdomar, men också nya behandlingar för cancer och vävnadsregenerering – kunna lagras på hyllan på lokala kliniker.
Den snabba utvecklingen av mRNA-baserade covid-19-vacciner var en spelomvandlare i pandemin. Vaccinerna använder mRNA för att styra cellerna att producera ett protein från virusets yta, vilket utlöser ett immunsvar som förbereder våra kroppar för det riktiga.
Flera uppskattningar visar att vaccinerna, ett resultat av decennier av inkrementell mRNA-forskning – av vilka några resulterade i ett Nobelpris 2023 – räddade miljontals liv.
Det finns bara ett problem:COVID-19-vaccinerna, såväl som andra mRNA-baserade behandlingar för cancer, kräver kylkedjelagring för att behålla sin styrka.
"Det låter som ett trivialt problem, men det är faktiskt ett ganska enormt problem", säger Murphy, professor i biomedicinsk teknik och ortopedi och rehabilitering. "Om du försöker få dessa till Afrika söder om Sahara, kommer du att ha betydande utmaningar."
Studieledare Joshua Choe, en MD-Ph.D. student i Murphys labb, screenade 40 mineralkompositioner i syfte att hitta en som, i kombination med mRNA-komplex, optimerar deras stabilitet i enklare formuleringar än de som används för nuvarande vacciner.
Till slut identifierade han en komposition med en lämplig mängd citrat och fluor som bibehöll styrkan hos frystorkat mRNA. Han tillämpar nu tillvägagångssättet på liknande formuleringar som de som används i COVID-vacciner med lovande tidiga resultat. Gruppen har lämnat in ett provisoriskt patent baserat på arbetet genom Wisconsin Alumni Research Foundation.
"Ända till sex månader upprätthåller du den aktiviteten, medan utan att använda vårt mineral för att lagra dessa mRNA-terapier tappar du en hel del av aktiviteten efter två veckor, och sedan minskar den till nästan ingenting", säger Choe, som hoppas kunna arbeta som ortopedkirurg och forskare efter examen.
Tillvägagångssättet hämtar inspiration från gamla fossils dokumenterade förmåga att bevara DNA och proteiner. Forskare har framgångsrikt extraherat DNA för att analysera genomet av "Denny", en uppskattningsvis 90 000 år gammal förfader till människor vars kvarlevor hittades i en rysk grotta 2012. I ett annat fynd i Tanzania hittade forskare intakta proteiner i strutsäggskal som dateras till 3,8 miljoner år sedan.
Murphys labb har använt mineraler för att stabilisera biologiska molekyler för olika biomedicinska tillämpningar i cirka 15 år, och Choe såg en möjlighet att tillämpa taktiken på mRNA-terapi medan han arbetade i labbet under de isolerade dagarna vintern 2020.
Förutom att ytterligare demonstrera deras tillvägagångssätts effektivitet med mRNA-vacciner, fortsätter Murphy och hans grupp dess användning för vävnadsregenerering, särskilt för behandling av ryggmärgsskador, sårläkning och återväxt av brosk, muskler och ben.
"Vi vill kunna uppnå det på ett sätt som kommer från hyllan, så att du bokstavligen kan ta en behandling från hyllan, applicera den på en patient och stimulera vävnadsregenerering", säger Murphy.
William Murphy är Harvey D. Spangler-professorn och H.I. Romnes fakultetsstipendiat. Han är också grundare av Forward BIO Institute vid UW–Madison. Andra författare på tidningen inkluderar Murphy labbmedlemmar Hannah Brinkman, en DVM/Ph.D. student och Jae Sung Lee, en stabsforskare.
Mer information: Joshua A. Choe et al, Optimized Biomimetic Minerals Maintain Activity of mRNA Complexes after Long Term Storage, Acta Biomaterialia (2023). DOI:10.1016/j.actbio.2023.11.044
Journalinformation: Acta Biomaterialia
Tillhandahålls av University of Wisconsin-Madison
