Усовершенствованные липидные наночастицы доставляют мРНК в клетки легких

Ученые из США нашли оптимальное строение липидных наночастиц для ингаляционной доставки в легкие мРНК, кодирующей терапевтический белок. Эта технология может применяться для лечения таких заболеваний, как муковисцидоз. Пока ее испытали на мышах. Среди авторов статьи Роберт Лэнджер (MIT), соучредитель Moderna, недавно покинувший совет директоров компании.

Вдыхание аэрозоля с липидными частицами, содержащими мРНК, представляется перспективным способом терапии заболеваний легких или вакцинации; подход неинвазивен, и терапевтическая конструкция доставляется только в клетки эпителия дыхательных путей. Однако в недавнем клиническом исследовании подобной конструкции состояние пациентов не улучшилось.

По мнению авторов новой работы, ключевой фактор эффективности — создание аэрозольных частиц пригодных для ингаляции размеров, что наиболее эффективно достигается с помощью распыления. Однако при распылении силы сдвига дестабилизируют наночастицы, что приводит к их агрегации и снижению эффективности трансфекции. Особенно значимым это может быть при терапии муковисцидоза, поскольку у пациентов эпителий легких покрыт толстым слоем слизи, который сложно преодолеть.

Чтобы предотвратить агрегацию наночастиц и улучшить диффузию через слой слизи, в состав наночастиц включают полиэтиленгликоль-содержащие липиды (ПЭГ-липиды). Однако при этом снижается эффективность трансфекции, и для преодоления этого недостатка приходилось добавлять аналоги холестерина, что, в свою очередь, вело к увеличению размера наночастиц.

Авторы нового исследования поставили перед собой задачу разработать липидные наночастицы (ЛНЧ), которые бы оставались стабильными при распылении, не агрегировали и эффективно проникали через слизистый барьер. Они впервые показали, что замена ПЭГ-липидов на липиды, конъюгированные с цвиттерионными полимерами (ZIP-липиды), стабилизирует ЛНЧ в процессе распыления.

Для синтеза ZIP-липидов ученые использовали контролируемую радикальную полимеризацию с переносом атома. Липидный компонент представлял собой производное фосфатидилэтаноламина с присоединенными насыщенными длинноцепочечными жирными кислотами.

Авторы сравнили 19 различных составов наночастиц, в которых варьировались молярные доли фосфолипидов, холестерина и ZIP-липидов, чтобы добиться максимальной эффективности инкапсуляции мРНК после распыления и трансфекции при минимизации размера наночастиц. Эффективность трансфекции оценивали на изолированных легких мышей. Наночастицы доставляли мРНК белка FFL, поэтому об успешной трансфеции можно было судить по уровню люминесценции ткани. Наилучший результат дали ZIP-ЛНЧ с 9,2% содержанием холестерина (ZIP-LNP/9.2); при этом трансфекция была примерно в четыре раза эффективней, чем у ПЭГ-ЛНЧ с таким же содержанием холестерина, а распределение экспрессии в легких — более равномерным.

Затем ученые оценили безопасность и переносимость усовершенствованных ZIP-ЛНЧ при повторных ингаляциях, которые будут необходимы для поддержания терапевтического уровня экспрессии белка в легких. Вес тела и уровни провоспалительных цитокинов существенно не изменялись, уровень люминесценции в легких тоже оставался стабильным, причем в случае ZIP-LNP/9.2 был выше, чем у ПЭГ-ЛНЧ.

Наконец, чтобы оценить способность ЛНЧ диффундировать в вязкую слизь, сначала провели эксперименты с растворами муцина в капиллярах и убедились, что ZIP-LNP/9.2 не уступал по этому показателю ПЭГ-ЛНЧ. Затем ZIP-ЛНЧ с 9,2%-ным содержанием холестерина ввели мышам Scnn1b-Tg, моделирующим слизисто-обструктивные заболевания легких. И в этом варианте экспрессия белка в клетках легких оказалась существенно выше, чем при использовании ПЭГ-ЛНЧ.

Авторы подчеркивают, что липидные наночастицы с цвиттерионами могут доставлять в клетки эпителия легких не только мРНК, кодирующие белки для заместительной терапии, но и генные редакторы для генной терапии, антигены для ингаляционной вакцинации против респираторных заболеваний или иммунотерапевтические агенты для локального лечения рака легких.

Новые липидные наночастицы избирательно доставляют мРНК в мышцы