Ein Forscherteam der Leslie Dan Faculty of Pharmacy der University of Toronto (U of T) hat ein neuartiges ionisierbares Lipid-Nanopartikel entdeckt, das eine muskelfokussierte mRNA-Abgabe ermöglicht und gleichzeitig die Off-Target-Abgabe in andere Gewebe minimiert. Das Team zeigte außerdem, dass die von den in ihrer Studie untersuchten Lipid-Nanopartikeln abgegebene mRNA als Proof-of-Concept-Impfstoff gegen Melanomkrebs starke Immunreaktionen auf zellulärer Ebene auslöste.
Die Studie wurde von Bowen Li, Assistenzprofessor an der Leslie Dan Faculty of Pharmacy, U of T, geleitet Diese Woche veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Das neue Lipid-Nanopartikel mit der Bezeichnung iso-A11B5C1 zeigt eine außergewöhnliche mRNA-Abgabeeffizienz in Muskelgewebe und minimiert gleichzeitig die unbeabsichtigte mRNA-Translation in Organen wie Leber und Milz.
Darüber hinaus zeigen Studienergebnisse, dass die intramuskuläre Verabreichung von mRNA, die mit diesem Nanopartikel formuliert wurde, starke zelluläre Immunantworten hervorrief, selbst wenn die Expression in Lymphknoten begrenzt war.
„Unsere Studie zeigt zum ersten Mal, dass mRNA-Lipid-Nanopartikel immer noch effektiv eine zelluläre Immunantwort stimulieren und starke Antitumorwirkungen erzeugen können, auch ohne direktes Targeting oder Transfizieren von Lymphknoten“, sagte Li. „Dieser Befund stellt herkömmliche Erkenntnisse in Frage und legt nahe, dass eine hohe Transfektionseffizienz in Immunzellen möglicherweise nicht der einzige Weg zur Entwicklung wirksamer mRNA-Impfstoffe gegen Krebs ist.“
Die Reduzierung von Off-Target-Effekten ist ein wichtiger Schritt zur Erhöhung der Sicherheit potenzieller Therapien
Lipid-Nanopartikel, auch LNPs genannt, sind für die Bereitstellung mRNA-basierter Therapien von entscheidender Bedeutung, einschließlich COVID-19-mRNA-Impfstoffen, die während der jüngsten globalen Pandemie weltweit eingesetzt wurden. Viele LNP-Designs können jedoch unbeabsichtigt zu einer erheblichen mRNA-Expression in Geweben und Organen außerhalb des Ziels wie der Leber oder dem Herzen führen, was oft behandelbare, aber unerwünschte Nebenwirkungen zur Folge hat.
Das Bestreben, die Sicherheit von mRNA-Therapien zu verbessern, die das Potenzial haben, ein breites Spektrum von Krankheiten zu behandeln, bedeutet, dass ein dringender Bedarf an LNPs besteht, die diese Off-Target-Effekte minimieren sollen, erklärt Li, der kürzlich auch das Gairdner Early-Programm erhalten hat Career Investigator Award.
Die neue Forschung zeigt, dass iso-A11B5C1 im Vergleich zum aktuellen Benchmark-LNP des in Massachusetts ansässigen Biotechnologieunternehmens Moderna ein hohes Maß an muskelspezifischer mRNA-Abgabeeffizienz aufwies. Es löste auch eine andere Art von Immunantwort aus als bei Impfstoffen zur Behandlung von Infektionskrankheiten.
„Interessanterweise löste iso-A11B5C1 eine geringere humorale Immunantwort aus, die typischerweise für aktuelle Antikörper-fokussierte Impfstoffe von zentraler Bedeutung ist, löste aber dennoch eine vergleichbare zelluläre Immunantwort aus. Dieser Befund veranlasste unser Team, dies als potenziellen Krebsimpfstoffkandidaten in einem Melanommodell weiter zu untersuchen.“ , wo die zelluläre Immunität eine entscheidende Rolle spielt“, sagte Li.
Zu dem interdisziplinären Forschungsteam, das die Studie durchführte, gehört Jingan Chen, ein Ph.D. Praktikant am Institute of Biomedical Engineering der U of T, und Yue Xu, Postdoktorand im Li-Labor und wissenschaftlicher Mitarbeiter bei PRiME, der institutionenübergreifenden Präzisionsmedizin-Initiative der U of T.
„Obwohl Iso-A11B5C1 nur eine begrenzte Fähigkeit zeigte, humorale Immunität auszulösen, löste es durch intramuskuläre Injektion effektiv zelluläre Immunantworten aus“, sagte Chen. „Die mit Iso-A11B5C1 beobachteten erheblichen Antitumorwirkungen unterstreichen seine Aussicht als brauchbarer Kandidat für die Entwicklung von Krebsimpfstoffen.“
Neue Plattform ermöglicht schnelleres und präziseres Lipiddesign
Das Forschungsteam identifizierte iso-A11B5C1 mithilfe einer fortschrittlichen Plattform, die entwickelt wurde, um schnell eine Reihe chemisch vielfältiger Lipide für weitere Tests zu erstellen. Diese im Rahmen der Studie neu eingeführte Plattform überwindet mehrere Herausforderungen früherer Forschungen, indem sie den Prozess der Herstellung ionisierbarer Lipide rationalisiert, die ein hohes Potenzial für die Umsetzung in Therapien haben.
Durch die schnelle Kombination dreier verschiedener funktioneller Gruppen können innerhalb von 12 Stunden Hunderte bis Tausende chemisch unterschiedlicher ionisierbarer Lipide synthetisiert werden. „Hier berichten wir über eine leistungsstarke Strategie zur Synthese ionisierbarer Flüssigkeiten in einer einstufigen chemischen Reaktion“, sagte Xu. „Diese Plattform liefert neue Erkenntnisse, die bei der künftigen Gestaltung und Bewertung von Lipiden hilfreich sein könnten, und ermöglicht es dem Fachgebiet, Herausforderungen bei der RNA-Versorgung mit einem neuen Maß an Geschwindigkeit, Präzision und Erkenntnissen anzugehen.“
Mehr Informationen:
Jingan Chen et al., Kombinatorisches Design ionisierbarer Lipid-Nanopartikel für die muskelselektive mRNA-Abgabe mit minimierten Off-Target-Effekten, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2309472120
Bereitgestellt von der University of Toronto – Leslie Dan Faculty of Pharmacy