Um componente importante das vacinas que protegem as pessoas contra o vírus SARS-CoV-2 e suas variantes são as nanopartículas lipídicas, ou LNPs. Essas partículas circulares carregam cargas úteis de mRNA terapêutico, os fragmentos de material genético que acionam nosso sistema imunológico para se defender contra o COVID-19.
Mesmo com seu sucesso, certas características das partículas, como a distribuição da carga útil, são desconhecidas. Pesquisadores e a Food and Drug Administration querem mais informações sobre essas características para melhorar os relatórios de métricas na fabricação de produtos farmacêuticos.

Uma nova plataforma de detecção molecular desenvolvida por dois professores da Whiting School of Engineering está respondendo ao chamado da FDA. Hai-Quan Mao e Tza-Huei (Jeff) Wang querem abordar quantas moléculas de mRNA um LNP pode transportar e se o mRNA é empacotado uniformemente dentro da partícula para ajudar os pesquisadores a projetar tratamentos e vacinas mais eficientes e eficazes.

"Nossa plataforma processa moléculas no nível de nanopartículas únicas, mas, diferentemente dos métodos de imagem atuais para LNPs de mRNA, nossa abordagem é baseada em espectroscopia fluorescente e nos dá a capacidade de ver através das partículas", disse Wang, professor dos departamentos de Mecânica. Engenharia e Engenharia Biomédica na Whiting School, e pesquisador principal do Institute for NanoBioTechnology.

A capacidade de espiar dentro das nanopartículas permite aos pesquisadores diferenciar e medir LNPs vazios que não contêm mRNA, LNPs com mRNA e mRNA flutuante livre em uma amostra.

Sua plataforma, chamada de espectroscopia confocal de iluminação cilíndrica, ou CISC, funciona marcando componentes de mRNA e LNP com sinais fluorescentes de até três cores e passando a amostra por um plano de detecção. O plano de detecção lê os sinais fluorescentes e mede sua intensidade antes de comparar a intensidade das intensidades com a de uma única molécula de mRNA.

A análise de dados com um algoritmo chamado deconvolução informa à equipe quantas cópias de mRNA estão dentro do LNP – se houver – e sua distribuição na amostra. A plataforma da equipe supera as limitações de contraste e aumenta o rendimento da análise de amostras, que são vistos na microscopia eletrônica de transmissão crio, o padrão ouro atual para imagens de LNPs de mRNA.

Testes realizados usando esta plataforma de detecção revelaram que a partir de uma solução de referência de mRNA LNP usada em pesquisas acadêmicas, mais de 50% dos LNPs não são carregados com moléculas de mRNA, e dos LNPs cheios de mRNA, a maioria continha dois a três mRNA moléculas por partícula.

"Ser capaz de resolver quantitativamente as características de carga útil de LNPs de mRNA no nível de partícula única nunca foi feito antes. Estamos intrigados com a presença substancial de LNPs vazios e, alterando as condições de formulação, uma única nanopartícula pode carregar de uma a uma até dez moléculas de mRNA", disse Mao, professor dos departamentos de Ciência e Engenharia de Materiais e Engenharia Biomédica da Whiting School e diretor do Instituto de NanoBioTecnologia.

Os resultados da equipe são publicados em Nature Communications .

"Existem muitos grupos fazendo pesquisa de LNP", disse Wang. "No entanto, quando eles descobrem uma fórmula que pode funcionar bem, tem sido difícil associar essas descobertas à composição e distribuição da carga útil das nanopartículas. Com esta plataforma, podemos fornecer uma compreensão mais abrangente sobre o que está acontecendo na partícula única. nível."

Mais pesquisas são necessárias para saber quantas moléculas de mRNA por cápsula de LNP são ideais para o tratamento mais eficaz. No entanto, os LNPs vazios revelados pela nova plataforma mostram que há necessidade de melhorar os métodos de empacotamento do mRNA dentro dos LNPs.

Mao e Wang dizem que sua plataforma mostra que tem potencial para ser usada não apenas em todos os estágios de pesquisa e desenvolvimento relacionados ao LNP, mas também no desenvolvimento de outros sistemas de entrega de medicamentos e medidas de controle de qualidade na fase de fabricação. A equipe registrou um pedido de patente cobrindo a técnica e está trabalhando com colaboradores para usar a plataforma para analisar outros tipos de cargas terapêuticas em diversos sistemas de nanopartículas para o tratamento de diferentes doenças.

"A FDA abordou recentemente a necessidade de métricas de melhor qualidade no design de nanopartículas na indústria farmacêutica", disse Michael J. Mitchell, cientista líder no campo de pesquisa de LNP e Professor Assistente de Inovação Skirkanich no Departamento de Bioengenharia da Universidade da Pensilvânia.

"Isso se tornará cada vez mais importante à medida que a tecnologia de mRNA LNP se expandir além das vacinas para novas terapias que são administradas na corrente sanguínea, que têm requisitos muito rigorosos. A nova plataforma de detecção desenvolvida pelos Drs. necessidades na fase de pesquisa e regulamentação, e pode potencialmente ajudar no desenvolvimento da tecnologia de mRNA LNP além das vacinas." + Explorar mais

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