Новая частица-переносчик, разработанная в MIT, может повысить эффективность мРНК-вакцин и потенциально снизить затраты на каждую дозу вакцины.
В исследованиях на мышах учёные показали, что мРНК-вакцина против гриппа, доставленная с помощью новой липидной nanoparticle (LNP), может вызвать такой же иммунный ответ, как и мРНК, доставленная с помощью наночастиц, изготовленных из одобренных FDA материалов, но примерно в 100 раз меньших дозах.
«Одной из проблем мРНК-вакцин является их стоимость», — говорит Дэниел Андерсон, профессор химического машиностроения в MIT и член Института интегративных исследований рака Коха и Института медицинской инженерии и науки (IMES). «Когда вы думаете о стоимости производства вакцины, которую можно было бы широко распространить, она может быть довольно высокой. Наша цель — создать наночастицы, которые могут обеспечить безопасный и эффективный иммунный ответ, но при гораздо меньшей дозе».
Учёные использовали свои частицы для доставки вакцины против гриппа, но, по их словам, их можно использовать и для вакцин против COVID-19 и других инфекционных заболеваний.
Андерсон — старший автор исследования, которое опубликовано в Nature Nanotechnology. Ведущие авторы статьи — Арнаб Рудра, приглашённый учёный в Институте Коха; Акаш Гупта, научный сотрудник Института Коха; и Каэлан Рид, аспирант MIT.
Чтобы защитить мРНК-вакцины от разрушения в организме после инъекции, их упаковывают в липидные наночастицы (LNP). Эти жировые сферы помогают мРНК проникать в клетки, где она может быть переведена в фрагмент белка патогена, такого как вирус гриппа или SARS-CoV-2.
В новом исследовании команда MIT стремилась разработать частицы, которые могут индуцировать эффективный иммунный ответ, но в меньшей дозе, чем частицы, используемые в настоящее время для доставки мРНК-вакцин против COVID-19. Это может не только снизить затраты на дозу вакцины, но и помочь уменьшить потенциальные побочные эффекты, говорят исследователи.
LNP обычно состоят из пяти элементов: ионизируемого липида, холестерина, вспомогательного фосфолипида, полиэтиленгликолевого липида и мРНК. В этом исследовании учёные сосредоточились на ионизируемом липиде, который играет ключевую роль в силе вакцины.
На основе своих знаний о химических структурах, которые могут повысить эффективность доставки, исследователи разработали библиотеку новых ионизируемых липидов. Они содержали циклические структуры, которые могут помочь улучшить доставку мРНК, а также химические группы, называемые эфирами, которые, по мнению исследователей, также могут помочь улучшить биоразлагаемость.
Затем исследователи создали и проверили множество комбинаций этих структур частиц на мышах, чтобы увидеть, какие из них могут наиболее эффективно доставлять ген люциферазы, биолюминесцентного белка. Затем они взяли свою наиболее эффективную частицу и создали библиотеку новых вариантов, которые они протестировали в другом раунде скрининга.
Из этих скринингов выделилась LNP под названием AMG1541. Одной из ключевых особенностей этих новых LNP является то, что они более эффективны в преодолении основного барьера для доставки частиц, известного как эндосомальный эскейп. После того как LNP попадают в клетки, они изолируются в клеточных компартментах, называемых эндосомами, из которых им нужно вырваться, чтобы доставить свою мРНК. Новые частицы сделали это более эффективно, чем существующие LNP.
Другим преимуществом новых LNP является то, что эфирные группы в хвостах делают частицы разлагаемыми после того, как они доставили свой груз. Это означает, что они могут быстро выводиться из организма, что, по мнению исследователей, может снизить побочные эффекты от вакцины.
Чтобы продемонстрировать потенциальное применение LNP AMG1541, исследователи использовали его для доставки мРНК-вакцины против гриппа у мышей. Они сравнили эффективность этой вакцины с вакциной против гриппа, изготовленной с использованием липида под названием SM-102, который одобрен FDA и использовался компанией Moderna в её вакцине против COVID-19.
Мыши, вакцинированные новыми частицами, выработали такой же ответ антител, как и мыши, вакцинированные частицей SM-102, но для получения такого ответа потребовалась только 1/100 дозы.
«Это почти в сто раз меньшая доза, но вы получаете такое же количество антител, так что это может значительно снизить дозу. Если это применимо к людям, это также должно значительно снизить стоимость», — говорит Рудра.
Дальнейшие эксперименты показали, что новые LNP лучше способны доставлять свой груз в критический тип иммунных клеток, называемых антигенпрезентирующими клетками. Эти клетки расщепляют чужеродные антигены и отображают их на своих поверхностях, что сигнализирует другим иммунным клеткам, таким как B и T-клетки, активироваться против этого антигена.
Новые LNP также с большей вероятностью накапливаются в лимфатических узлах, где они сталкиваются с гораздо большим количеством иммунных клеток.
Использование этих частиц для доставки мРНК-вакцин против гриппа может позволить разработчикам вакцин лучше подбирать штаммы гриппа, которые циркулируют каждую зиму, говорят исследователи.
«С традиционными вакцинами против гриппа их производство начинается почти за год вперёд», — говорит Рид. «С мРНК вы можете начать производить её гораздо позже в сезоне и получить более точное представление о том, какими будут циркулирующие штаммы, и это может помочь повысить эффективность вакцин против гриппа».
Частицы также можно адаптировать для вакцин против COVID-19, ВИЧ или любого другого инфекционного заболевания, говорят исследователи.
«Мы обнаружили, что они работают намного лучше, чем всё, о чём сообщалось до сих пор. Поэтому мы считаем, что наши платформы LNP могут быть использованы для разработки вакцин для ряда заболеваний», — говорит Гупта.