Inspirerade av designen av rymdfärjor har Penn Engineering-forskare uppfunnit ett nytt sätt att syntetisera en nyckelkomponent i lipidnanopartiklar (LNP), det revolutionerande leveransmedlet för mRNA-behandlingar inklusive Pfizer-BioNTech och Moderna COVID-19-vaccinerna, vilket förenklar tillverkningen av LNP samtidigt som de ökar deras effektivitet vid leverans av mRNA till celler för medicinska ändamål.
I en artikel i Nature Communications , Michael J. Mitchell, docent vid institutionen för bioteknik, beskriver ett nytt sätt att syntetisera joniserbara lipidoider, viktiga kemiska komponenter i LNP som hjälper till att skydda och leverera medicinsk nyttolast. För denna artikel testade Mitchell och hans medförfattare leverans av ett mRNA-läkemedel för behandling av fetma och genredigeringsverktyg för behandling av genetisk sjukdom.
Tidigare experiment har visat att lipidoider med grenade svansar presterar bättre på att leverera mRNA till celler, men metoderna för att skapa dessa molekyler är tids- och kostnadskrävande. "Vi erbjuder en ny konstruktionsstrategi för snabb och kostnadseffektiv syntes av dessa lipidoider", säger Xuexiang Han, en postdoktorand vid Mitchell Lab och tidningens första författare.
Metoden innebär att man kombinerar tre kemikalier:ett amin "huvud", två alkylepoxid "svansar" och, slutligen, två acylklorid "grenade svansar". Den färdiga lipidoidens likhet med en rymdfärja fastspänd på två boosterraketer är inte en tillfällighet:på college, minns Han, en dokumentär om rymdfärjan gjorde honom imponerad av utformningen av solida raketboosters som gjorde det möjligt för skytteln att gå in i omloppsbana. "Jag tänkte att vi kunde lägga till två grensvansar som "boosters" i lipidoiden för att främja leveransen av mRNA, säger Han.
Faktum är att tillägget av de grenade svansarna ledde till en slående ökning av förmågan hos LNP utrustade med den nya lipidoiden att leverera mRNA till målceller, ungefär som en raket vars booster tillåter den att lättare penetrera atmosfären. "Vi såg en dramatisk ökning av ett hormon som reglerar ämnesomsättningen till målceller efter att ha levererat mRNA med dessa lipidoider, vilket är riktigt spännande när man ser det som ett sätt att behandla fetma", säger Mitchell.
Mer information: Xuexiang Han et al, In situ kombinatorisk syntes av nedbrytbara grenade lipidoider för systemisk leverans av mRNA-terapi och genredigerare, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45537-z
Tillhandahålls av University of Pennsylvania
