Ученые из Ноттингемского университета (Англия) разработали инновационный метод анализа структуры липидных наночастиц (ЛНП), которые используются для доставки вакцин и лекарств, включая мРНК-вакцины против COVID-19. Исследование, опубликованное в журнале Nature’s Mass Spectrometry Method Development , показывает, как расположены молекулы на поверхности ЛНП — это может повысить их эффективность и безопасность.
Что разработали ученые
Липидные наночастицы — это крошечные сферы (50–200 нм), состоящие из липидов (жиров), которые доставляют мРНК или лекарства в клетки. Их успех в вакцинах против COVID-19 продемонстрировал потенциал этой технологии, однако поведение ЛНП в организме остается сложным из-за их неоднородной структуры.
Ученые применили криогенную вторичную ионную масс-спектрометрию (Cryo-OrbiSIMS), чтобы изучить замороженные ЛНП в их естественном состоянии. Этот метод, использующий ионный пучок для анализа поверхности, впервые позволил детально рассмотреть расположение молекул в ЛНП.
Тесты на клеточных культурах подтвердили: оптимизированные ЛНП проникают в клетки на 30% эффективнее.
Исследование выявило, как ионизируемые липиды, холестерин и вспомогательные липиды (например, DSPC) распределяются в слоях наночастиц. Например, ионизируемые липиды, составляющие до 50% ЛНП, формируют внешний слой, влияющий на взаимодействие с клетками. Это объясняет, почему одни ЛНП лучше доставляют вещества в легкие, а другие — в печень.
Метод также показал, что ориентация молекул на поверхности может изменять биораспределение ЛНП в организме на 20–30%, улучшая конечную цель.
Важность для медицины
Знание структуры ЛНП позволяет проектировать наночастицы с заданными свойствами — например, для точной доставки в легкие при лечении кистозного фиброза или в опухоли при онкотерапии, а также при других сложных воспалительных и системных заболеваниях.
«Эффективная доставка лекарств зависит от сложной смеси молекул в ЛНП, но их трудно спроектировать», — говорит доктор Роберт Лангер, соавтор исследования
Новый метод помогает создавать ЛНП с улучшенной эффективностью (до 95% доставки мРНК в клетки в тестах на животных) и меньшей токсичностью, снижая побочные эффекты, такие как воспаление печени, которое наблюдается в 5–10% случаев.
Новый метод Cryo-OrbiSIMS помогает следить за качеством липидных наночастиц (ЛНП) при их массовом производстве. Например, в вакцинах против COVID-19 ЛНП состоят из четырех типов жиров в точных пропорциях: 50%, 10%, 38,5% и 1,5%. Если эти пропорции отклоняются даже на 2%, стабильность наночастиц падает на 15%, что может ухудшить эффективность вакцины. Cryo-OrbiSIMS точно выявляет такие ошибки, позволяя сохранять стабильность и увеличивать выход качественного продукта до 90%.
По словам ученых новый метод открывает путь к разработке ЛНП для лечения сложных заболеваний. В будущем технология может быть применена и к другим системам доставки — липосомам и биоматериалам, что ускорит разработку генной терапии и вакцин будущего.
Водоросли превратили в микророботов для доставки лекарств в организм: видео
Биофизики спроектировали «отмычку» для вскрытия оболочек вирусов