Der Erfolg von COVID-19-Impfstoffen ist ein großartiges Beispiel für das enorme Potenzial der Genmedizin, Virusinfektionen zu verhindern. Ein Grund für den Erfolg der Impfstoffe ist ihre Verwendung von Lipid-Nanopartikeln oder LNPs, um empfindliche Boten-RNA zu den Zellen zu transportieren, um eine Immunität zu erzeugen und zu stärken. LNPs – winzige Fettpartikel – erfreuen sich zunehmender Beliebtheit als Träger für die Abgabe verschiedener genbasierter Medikamente an Zellen, aber ihre Verwendung ist kompliziert, da jedes LNP speziell auf die therapeutische Nutzlast zugeschnitten werden muss, die es trägt.
Ein Team unter der Leitung von Hai-Quan Mao, einem Materialwissenschaftler von Johns Hopkins, hat eine Plattform geschaffen, die verspricht, den LNP-Designprozess zu beschleunigen und erschwinglicher zu machen. Der neue Ansatz kann auch an andere Gentherapien angepasst werden.
„Kurz gesagt, wir haben eine Methode entwickelt, die Lipid-Nanopartikelkomponenten und ihre Anteile untersucht, um schnell zu helfen, das optimale Design für die Verwendung mit verschiedenen therapeutischen Genen zu identifizieren und zu erstellen“, sagte Mao, Direktor des Institute for NanoBioTechnology an Johns Hopkins Whiting School of Engineering und Professor in den Abteilungen Materials Science and Engineering und Biomedical Engineering.
Die Studie des Teams wurde kürzlich veröffentlicht Naturkommunikation.
Ein entscheidendes Merkmal wirksamer Behandlungen ist, wie lange ein Genmedikament wirkt, wenn es die Zielzelle erreicht. Leider beginnt die Potenz von mRNA innerhalb von 24 Stunden nach ihrer Abgabe durch LNPs abzunehmen. Eine vielversprechende Alternative ist Plasmid-DNA – eine stabilere, doppelsträngige zirkuläre DNA, die bis zu sieben Tage halten kann und somit das Potenzial hat, die Behandlungsergebnisse von Stoffwechselerkrankungen und Infektionen der Leber zu verbessern, bei denen die Therapiedauer entscheidend ist.
Der Hauptautor Yining Zhu, ein INBT-Forscher und Ph.D. Student sowie ein Team von Wissenschaftlern der Johns Hopkins und der University of Washington identifizierten in dieser Arbeit das beste LNP-Design für die pDNA-Zuführung zu Leberzellen. Ihre Plattform prüft LNPs Schritt für Schritt und adressiert die physiologischen Barrieren, denen ein LNP begegnet, wenn es durch den Körper navigiert, um sein Ziel zu erreichen. Die Plattform half dem Team, die wirksamsten LNPs aus einer Bibliothek mit mehr als 1.000 Kombinationen zu identifizieren.
„Diese Plattform ist insofern vielseitig, als sie nicht nur auf die pDNA-Zufuhr beschränkt ist, sondern leicht auf die Entwicklung von LNPs für eine breite Palette von therapeutischen Gen-Payloads sowie auf alternative Verabreichungswege wie orale, intramuskuläre Injektion oder Inhalation erweitert werden kann Methode“, sagte Zhu.
In Zusammenarbeit mit Sean Murphy, außerordentlicher Professor an der University of Washington, und seiner Gruppe nutzen die Forscher nun LNPs, die mithilfe der Plattform identifiziert wurden, um einen Malaria-Impfstoff zu entwickeln, der auf den krankheitsverursachenden Parasiten während seines Lebenszyklus in der Leber abzielt. Diese Screening-Plattform ist vielversprechend, um andere LNP-Produktinnovationen zu beschleunigen, um die Grenzen der Genmedizin, der Impfstoffentwicklung und anderer neuartiger Therapeutika weiter zu erweitern.
Yining Zhu et al, Mehrstufiges Screening von DNA/Lipid-Nanopartikeln und Co-Delivery mit siRNA zur Verbesserung und Verlängerung der Genexpression, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31993-y