Boten-RNA (mRNA) sind biologische Moleküle, die die von Genen im Zellkern kodierten Informationen zur Proteinsynthese durch Ribosomen in das Zytoplasma übertragen. mRNA-Sequenzen können entworfen werden, um spezifische Proteine zu kodieren; Das bekannteste Beispiel dafür sind die mRNA-Impfstoffe gegen COVID-19. mRNA-Moleküle sind groß und chemisch instabil, daher muss ein Vektor verwendet werden, um mRNA an die Zellen zu liefern. Eine der fortschrittlichsten Technologien für die Abgabe von mRNA sind Lipidnanopartikel (LNPs), die aus ionisierbaren Lipiden, Cholesterin, Helferlipiden und Polyethylenglykol bestehen.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Assistenzprofessor Yusuke Sato und Professor Hideyoshi Harashima von der Fakultät für Pharmazeutische Wissenschaften der Universität Hokkaido und von Kazuki Hashiba von der Nitto Denko Corporation hat ein neuartiges verzweigtes ionisierbares Lipid entwickelt, das, wenn es in LNPs enthalten ist, die Effizienz der mRNA-Lieferung. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Kleine Wissenschaft.
Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass ionisierbare Lipide mit verzweigten Enden die Effizienz der mRNA-Lieferung durch LNPs erhöhen. Zwei Hauptprobleme haben jedoch eine systematische Analyse der Wirkung verzweigender ionisierbarer Lipide verhindert. Erstens führt die Schwanzverzweigung zu einer enormen Vielfalt an Chemikalien; Zweitens ist die Zahl der im Handel erhältlichen verzweigten ionisierbaren Lipide begrenzt. Um diese Hürden zu überwinden, erstellten die Forscher eine systematische Lipidbibliothek von verzweigten ionisierbaren Lipiden und beschränkten diese Bibliothek auf eine bestimmte Untergruppe von verzweigten Lipiden, die mit nur zwei Parametern beschrieben werden konnten: Gesamtkohlenstoffzahl und Symmetrie. Anschließend testeten sie die 32 Lipide in dieser Bibliothek auf ihre Wirkung auf die Stabilität von LNPs, die mRNA (LNP-RNA) enthalten.
Das Team entdeckte, dass LNP-RNAs, die hochsymmetrisch verzweigte Lipide enthielten, eine größere Mikroviskosität aufwiesen, und die höhere Mikroviskosität war positiv mit einer erhöhten Stabilität von LNP-RNAs bei der Lagerung korreliert. Hochsymmetrische verzweigte Lipide in LNP-RNAs sind auch positiv mit der Proteinexpression in Leber und Milz von Mäusen korreliert. Sie stellten fest, dass die Länge der verzweigten Kette die Organselektivität beeinflusst.
Die stabilste Lagerung und effizienteste Abgabe der mRNA wurde durch das Verzweigungslipid CL4F 8-6 erreicht. Die Autoren zeigten, dass dieses spezielle Lipid in LNPs verwendet werden kann, die für die Genbearbeitung entwickelt wurden, wobei eine 77%ige Unterdrückung des Zielgens bei Mäusen mit nur einer Dosis LNPs erreicht wurde.
Diese Studie zeigte, dass verzweigte Lipide mit einem hohen Maß an Symmetrie zu optimalen LNP-Eigenschaften für eine effiziente intrazelluläre Abgabe und stabile Formulierungen beitrugen. Zukünftige Arbeiten werden sich auf die Entwicklung erweiterter Lipidbibliotheken konzentrieren, um die Eigenschaften anderer verzweigter Lipide zu verstehen, und können zum Design neuer Lipide führen.
Quelle:
Zeitschriftenreferenz:
Hashiba, K., et al. (2022) Verzweigung ionisierbarer Lipide kann die Stabilität, Fusogenität und funktionelle Abgabe von mRNA verbessern. Kleine Wissenschaft. doi.org/10.1002/smsc.202200071.
