Предложен новый компонент липидных наночастиц для доставки РНК в клетки

Новый компонент липидных наночастиц, разработанный в Корнеллском университете, может значительно улучшить доставку РНК в клетки и эффективность мРНК-вакцин, а также других препаратов на основе РНК. Авторы статьи, опубликованной в Nature Materials, предлагают заменить им ингредиент, который может вызывать нежелательные иммунные реакции, — полиэтиленгликоль (ПЭГ). Липиды, к которым присоединен ПЭГ, вместе с другими типами липидов и холестерином образуют липидную наночастицу (ЛНЧ), в которую заключена РНК. ПЭГ-группы окружают наночастицу, повышая ее стабильность во внутренней среде организма, увеличивая время циркуляции и способствуя поглощению клетками.

Благодаря успеху вакцин против COVID-19 препараты на основе РНК, упакованной в ЛНЧ, приобрели популярность в последние пять лет. Однако ПЭГ вызывает у некоторых людей иммунную реакцию. У многих есть антитела к ПЭГ, поскольку он содержится во многих косметических средствах, таких как шампуни и зубные пасты. При этом именно ПЭГ-липиды присутствуют и в коронавирусных мРНК-вакцинах, и в таких препаратах, как патисиран от Alnylam Pharmaceuticals, который содержит короткую ингибирующую РНК.

«Человеческое тело в основном состоит из воды, поэтому, если вы вводите в наш кровоток нечто с открытыми гидрофобными фрагментами, например, ПЭГ, наша система иммунного надзора говорит: “Эй, это чужеродный материал”, и вырабатывает антитело, чтобы уничтожить его», — говорит руководитель исследования Шаои Цзян из Корнеллского университета (США).

В качестве альтернативы ПЭГ-липидам авторы предложили цвиттерионный полимер поли(карбоксибетаин) (ПКБ). Его получают из природных соединений — глицинбетаинов. Так как цвиттер-ионы содержат положительно и отрицательно заряженные группы, ПКБ гидратируется за счет электростатических взаимодействий с молекулами воды, а не за счет водородных связей, как ПЭГ. Интересно, что ЛПЧ с цвиттер-ионами вместо ПЭГ уже предлагали использовать для ингаляционной доставки вакцин.

Сначала авторы провели эксперименты с клетками человека в культуре. Иммортализованные клеточные линии трансфицировали липидными наночастицами с ПЭГ или ПКБ, доставляющими мРНК зеленого флуоресцентного белка GFP. Процент трансфицированных клеток был высоким в обоих вариантах, однако средняя интенсивность флуоресценции была выше при трансфекции ПКБ-ЛНЧ, то есть белок экспрессировался в большем количестве. При трансфекции ЛНЧ, содержащими мРНК химерного антигенного рецептора к белку CD19 (имитация процесс получения терапевтических CAR-T-клеток), ПКБ-ЛНЧ дали более 95% клеток, экспрессирующих рецептор, — в два раза больше, чем ПЭГ-ЛНЧ. Сходные результаты получили и на первичных культурах клеток.

ПКБ-ЛНЧ успешно доставили в клетки мРНК белка Cas9 и направляющую РНК для редактирования геномов. Для ПКБ-ЛНЧ, но не для ПЭГ-ЛНЧ доля отредактированных мишеней увеличивалась при более высокой дозировке, причем повышение дозы не влияло на жизнеспособность клеток.

Наконец, исследователи ввели мышам мРНК-вакцины, вызывающие экспрессию антигенов OVA (пептиды овальбумина). После двух инъекций иммунные клетки, полученные из селезенки мышей, начали реагировать на пептиды.

Чтобы определить, какие структурные характеристики ПКБ-ЛНЧ обеспечивают высокую эффективность трансфекции, авторы использовали криоэлектронную микроскопию и метод биологического малоуглового рентгеновского рассеяния (BioSAXS). Результаты прямых исследований показали, что ПКБ-ЛНЧ лучше высвобождаются из эндосом внутри клетки, чем ПЭГ-ЛНЧ, очевидно, благодаря большей гидрофильности ПКБ.

Важно отметить, что ПКБ-ЛНЧ обеспечивают более высокую эффективность трансфекции при минимальной токсичности, которую оценивали в экспериментах на мышах. В отличие от ПЭГ-ЛНЧ, эффективность не падала при повторных введениях, что говорит о низкой иммуногенности.

«С таким вирусом, как COVID-19, вам нужна лишь крошечная доза вакцины, и наша иммунная система отреагирует. Но в случае с вакциной от рака среда опухоли подавляет иммунную систему, поэтому вам нужна гораздо более высокая доза, — комментирует Цзян. — Если у пациента есть небольшая проблема из-за ПЭГ, она усилится при более высокой дозе».

Липидные наночастицы доставили в плаценту мышей препарат для борьбы с преэклампсией