חוקרי פן הנדסה פיתחו שיטה חדשה לסינתזה של מרכיב קריטי של ננו-חלקיקי שומנים (LNPs), בהשראת תכנון מעבורות החלל. חדשנות זו מפשטת את ייצור LNP ומשפרת את אספקת ה-mRNA לתאים, עם יישומים מבטיחים בטיפול בהשמנת יתר ובמחלות גנטיות. הטכניקה כוללת אסטרטגיית סינתזה חדשה המחקה את רקטות המאיץ של מעבורת החלל, ומשפרת משמעותית את היעילות של אספקת mRNA.
בהשראת טכנולוגיית מעבורות החלל, חוקרים ב-Penn Engineering פיתחו שיטה חדשה לסינתזה של מרכיב חיוני של ננו-חלקיקים שומנים (LNPs). LNPs אלה הם מכריעים במתן טיפולי mRNA, כגון Pfizer-BioNTech ומודרנה COVID 19 חיסונים, על ידי שיפור הן בפשטות של ייצור LNP והן ביעילותם בהעברת mRNA לתאים לצורך טיפולים רפואיים.
בעיתון ב נature Communications, מייקל ג'יי מיטשל, פרופסור חבר במחלקה לביו-הנדסה, מתאר דרך חדשה לסנתז ליפידואידים מייננים, מרכיבים כימיים מרכזיים של LNPs המסייעים בהגנה ובהעברת מטענים רפואיים. עבור מאמר זה, מיטשל ומחבריו בדקו אספקה של תרופת mRNA לטיפול בהשמנת יתר וכלים לעריכת גנים לטיפול במחלות גנטיות.
ייעול תהליך הייצור
ניסויים קודמים הראו כי ליפידואידים עם זנבות מסועפים מתפקדים טוב יותר בהעברת mRNA לתאים, אך השיטות ליצירת מולקולות אלו דורשות זמן ועלות. "אנו מציעים אסטרטגיית בנייה חדשה לסינתזה מהירה וחסכונית של ליפידואידים אלה", אומר שוקסיאנג האן, פוסט-דוקטורנט במעבדת מיטשל והכותב הראשון של המאמר.
המולקולות החדשות, בהשראת העיצוב של רקטות המאיץ התאומות של מעבורת החלל, משפרות את היעילות של ננו-חלקיקים שומנים לאספקת תרופות תוך פשטות ייצורם. קרדיט: מעבדת מיטשל
השיטה כוללת שילוב של שלושה כימיקלים: "ראש אמין", שני "זנבות" אלקיל אפוקסיד ולבסוף, שני "זנבות מסועפים" של אציל כלוריד. הדמיון של הליפידואיד שהושלם למעבורת חלל רתומה לשתי רקטות מאיץ אינו מקרי: בקולג', נזכר האן, סרט תיעודי על מעבורת החלל הותיר אותו מתרשם מהעיצוב של מאיצי רקטות מוצקים שאפשרו למעבורת להיכנס למסלול. "חשבתי שנוכל לצרף שני זנבות ענפים כ'מאיצים' לתוך הליפידואיד כדי לקדם את אספקת ה-mRNA", אומר האן.
ואכן, הוספת הזנבות המסועפים הובילה לעלייה בולטת ביכולת של LNP המצוידים בליפידואיד החדש להעביר mRNA לתאי מטרה, בדומה לטיל שהמאיצים שלו מאפשרים לו לחדור בקלות רבה יותר לאטמוספירה. "ראינו עלייה דרמטית של הורמון המווסת את חילוף החומרים לתאי מטרה לאחר מתן mRNA באמצעות הליפידואידים הללו, וזה ממש מרגש כשחושבים על זה כדרך לטיפול בהשמנת יתר", אומר מיטשל.
מחקר זה נערך בבית הספר להנדסה ומדע יישומי של אוניברסיטת פנסילבניה ונתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (פרס DP2 TR002776); פרס הקריירה של Burroughs Wellcome Fund בממשק המדעי; National Science Foundation CAREER Award (CBET-2145491) והאגודה האמריקנית לסרטן (Grant RSG-22-122-01-ET).
מחברים אחרים כוללים את Junchao Xu, Lulu Xue, Ningqiang Gong ו-Rohan Palanki מ-Penn Engineering; מוחמד-גבריאל עלמה, רקאן אל-מאיה, קלוד סי. ורצ'ה, ג'יימס מ. ווילסון ודרו וייסמן בבית הספר לרפואה פרלמן בפן; גן ז'או ואנדרו אי. ווהן מ-Penn Vet; ו-Ying Xu מאוניברסיטת קייס ווסטרן רזרב.
