Läkemedelsleveransforskare vid Oregon State University har utvecklat en enhet med potential att förbättra genterapi för patienter med ärftliga lungsjukdomar som cystisk fibros.
I cellodling och musmodeller visade forskare vid OSU College of Pharmacy en ny teknik för aerosolisering av inhalerbara nanopartiklar som kan användas för att transportera budbärar-RNA, teknologin som ligger till grund för covid-19-vaccin, till patienternas lungor.
Fynden är viktiga eftersom den nuvarande nebuliseringsmetoden för nanopartiklar utsätter dem för skjuvstress, vilket hindrar deras förmåga att kapsla in det genetiska materialet och får dem att aggregera i vissa områden av lungorna snarare än att spridas jämnt, sa forskarna.
Studien ledd av Gaurav Sahay, professor i farmaceutiska vetenskaper, publicerades i ACS Nano .
Sahays labb studerar lipidnanopartiklar, eller LNP, som en genleveransvehikel med fokus på cystisk fibros, en progressiv genetisk störning som resulterar i ihållande lunginfektion och påverkar 30 000 personer i USA, med cirka 1 000 nya fall identifierade varje år.
En felaktig gen – cystisk fibros transmembrankonduktansregulator, eller CFTR – orsakar sjukdomen, som kännetecknas av lunguttorkning och slemuppbyggnad som blockerar luftvägarna.
Lipider är organiska föreningar som innehåller feta svansar och finns i många naturliga oljor och vaxer, och nanopartiklar är små bitar av material som varierar i storlek från en till 100 miljarder av en meter. Messenger RNA levererar instruktioner till celler för att göra ett visst protein.
Med coronavirusvaccinerna instruerar mRNA som bärs av lipidnanopartiklarna cellerna att göra en ofarlig bit av virusets spikprotein, vilket utlöser ett immunsvar från kroppen. Som en terapi för cystisk fibros skulle det genetiska materialet fixa felet i patienternas CFTR-gen.
"Vi använde ett nytt mikrofluidiskt chip som hjälper till att generera plymer som bär nanopartiklar och inte orsakar någon skjuvspänning," sa Sahay. "Denna enhet är baserad på en liknande idé om en bläckstrålepatron som genererar plymer för att skriva ut ord på papper."
För fyra år sedan, sa Sahay, kontaktade en Oregon-baserad startup vid namn Rare Air Health Inc. honom angående möjligheten att använda mikrofluidisk teknologi för aerosolisering och leverans av lipidnanopartiklar.
Mikrofluidik är studien av hur vätskor beter sig när de färdas genom eller är inneslutna i mikrominiatyriserade enheter utrustade med kanaler och kammare. Ytkrafter i motsats till volymetriska krafter dominerar vätskor i mikroskalan, vilket innebär att vätskor agerar mycket annorlunda där än vad som observeras i vardagen.
"När Rare Air kom till mig trodde jag att enheten kunde fungera utmärkt för våra syften, och vad som följde var omfattande studier som visade överlägsenheten hos den här enheten när det gäller att generera aerosoliserade nanopartiklar jämfört med kliniskt använda vibrerande nätnebulisatorer," sa Sahay.
"Enheten låter inte nanopartiklarna aggregera och kan leverera mRNA med högre precision än befintlig teknik. Det extra coola är att den här enheten kan styras digitalt, och Rare Air utvecklar prototyper för mänskligt bruk."
Förutom Sahay var de andra forskarna från Oregon State i studien Yulia Eygeris, Jeonghwan Kim, Antony Jozić och Elissa Bloom. Forskare från Funai Microfluidic Systems i Lexington, Kentucky, var också en del av samarbetet.
"Funai fokuserar på bläckstråleteknik och att bygga dessa chips i stor skala; de arbetade nära för att enheten skulle vara lämplig för aerosolisering", säger Sahay, som förutom sin roll på OSU fungerar som rådgivare och konsult till Rare Air. "Denna studie visar ett äktenskap mellan nya produkter och formuleringsvetenskap som kan påverka människors hälsa enormt."
Mer information: Jeonghwan Kim et al, Microfluidic Platform möjliggör skjuvfri aerosolisering av lipidnanopartiklar för mRNA-inandning, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.4c00768
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Oregon State University
