Após a pandemia global de COVID-19, o desenvolvimento e a rápida implantação de vacinas de mRNA destacaram o papel crítico das nanopartículas lipídicas (LNPs) no contexto farmacêutico. Utilizados como veículos essenciais de entrega para terapias e vacinas frágeis baseadas em RNA, os LNPs protegem o RNA da degradação e garantem uma entrega eficaz dentro do corpo.



Apesar da sua importância crítica, o fabrico em grande escala destes LNPs registou numerosos estrangulamentos durante a pandemia, sublinhando a necessidade de técnicas de produção escaláveis ​​que pudessem acompanhar o ritmo da procura global.

Agora, em um artigo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences , pesquisadores da Universidade da Pensilvânia descrevem como a plataforma de geração de nanopartículas lipídicas escaláveis ​​de silício (SCALAR), uma plataforma reutilizável baseada em silício e vidro projetada para transformar o cenário de produção de LNPs para terapêuticas e vacinas de RNA, oferece uma solução escalonável e eficiente para os desafios expostos durante a crise da COVID-19.

"Estamos entusiasmados em criar uma plataforma tecnológica que preenche a lacuna entre a descoberta em pequena escala e a fabricação em grande escala no domínio das vacinas e terapêuticas de nanopartículas lipídicas de RNA", diz o co-autor Michael Mitchell, professor associado de bioengenharia em a Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn. “Ao fazer isso, superamos efetivamente as barreiras desajeitadas, demoradas e caras que retardam o aumento da produção de novos medicamentos e vacinas de RNA promissores”.

As complexidades das terapias baseadas em RNA exigem que o RNA seja encerrado em um sistema de distribuição capaz de navegar pelos obstáculos biológicos do corpo. Os LNPs cumprem esse papel, permitindo que o RNA alcance as células pretendidas para máximo impacto terapêutico. SCALAR pretende dar um passo adiante, permitindo uma escalabilidade sem precedentes de três ordens de magnitude nas taxas de produção do LNP, abordando os gargalos de velocidade e consistência que dificultam os métodos existentes.

Sarah Shepherd, a primeira autora do artigo e recente Ph.D. graduado que trabalhou no Mitchell Lab, diz:"Com SCALAR, não estamos apenas reagindo aos desafios de hoje, mas nos preparando proativamente para as oportunidades e crises de amanhã. Esta tecnologia é flexível, usa arquiteturas de mistura bem documentadas em microfluídica e é escalonável o suficiente para atender às demandas futuras em tempo real. Isso é um enorme avanço para a área."

Shepherd diz que o SCALAR se baseia em trabalhos anteriores do laboratório Mitchell e é baseado em uma plataforma de chip microfluídico. Semelhante a um chip de computador, em que o circuito eletricamente integrado de um computador possui numerosos pequenos transistores que transportam sinais como uns ou zeros para produzir uma saída, o microchip SCALAR controla com precisão seus dois reagentes principais, lipídios e RNA, para gerar LNPs.

Além disso, sua plataforma pode ter uma, 10 ou 256 unidades de mistura individuais para corresponder às necessidades de uso, desde triagem e desenvolvimento de medicamentos em pequena escala, até formulações de média escala para estudos in vivo, até formulações em grande escala. formulações para aplicações clínicas.

Para garantir consistência entre escalas, a mesma arquitetura de mistura microfluídica é usada para todos os dispositivos e, para garantir que os dois principais reagentes sejam distribuídos uniformemente para cada dispositivo na matriz, a equipe integrou microcanais de alta resistência fluídica no projeto para seguir o estabelecido anteriormente regras de projeto para dispositivos microfluídicos de grande escala. Isto garante que cada dispositivo na matriz de múltiplas unidades produza LNPs com características físicas idênticas, um atributo chave na indústria farmacêutica fortemente regulamentada.

"Estamos entusiasmados por termos conseguido usar a sala limpa do Singh Center para fabricar chips multifuncionais que podem suportar o alto calor e os solventes agressivos necessários para limpar os chips, tornando-os reutilizáveis ​​com segurança", diz Shepherd.

Os chips SCALAR são feitos de silício e vidro, o que oferece diversas vantagens em relação às plataformas existentes baseadas em polímeros. Eles não apenas evitam problemas de lixiviação de materiais associados a essas plataformas, que levam à contaminação, mas também permitem a esterilização em temperaturas extremamente altas, tornando-as ideais para aplicações farmacêuticas. Além disso, a plataforma pode ser redefinida e reutilizada, oferecendo benefícios ambientais e reduzindo os custos globais de produção.

Embora os investigadores tenham inicialmente utilizado a plataforma SCALAR para formular vacinas LNP de mRNA com codificação de pico do SARS-CoV-2, eles acreditam que as aplicações são muito mais amplas.

“Além de resolver uma necessidade atual e crítica da indústria farmacêutica, o trabalho de Sarah é uma combinação virtuosa de tecnologias de microfabricação, microfluídica e nanopartículas lipídicas”, diz o coautor David Issadore, professor de bioengenharia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas. na Pensilvânia. "Existem muito poucos estudantes que poderiam ter realizado algo tão ambicioso no cronograma de um doutorado."

“Esta tecnologia tem potencial para se tornar uma pedra angular no campo da nanomedicina, além das terapias baseadas em RNA”, diz Mitchell. "A escalabilidade e adaptabilidade dos chips SCALAR podem muito bem torná-los o canivete suíço no kit de ferramentas de fabricação farmacêutica de nanopartículas lipídicas de RNA."

Mais informações: Sarah J. Shepherd et al, Produção escalonável de produção de vacinas de nanopartículas lipídicas de mRNA SARS-CoV-2, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2303567120
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pela Universidade da Pensilvânia