Efficiënte mRNA-afgifte door vertakte lipiden

Expressie van EGFP (groen) in de lever 24 uur na toediening van LNP-RNA dat EGFP-mRNA bevat. CL4F 8-6 werd gebruikt om het LNP-RNA te synthetiseren. Links, controle; centrum, 0,5 mg/kg EGFP-mRNA; rechts, 1,5 mg/kg EGFP-mRNA. Bloedvaten zijn in het rood. Krediet: Kazuki Hashiba, Yusuke Sato, et al, Kleine Wetenschap9 november 2022

Messenger-RNA (mRNA) zijn biologische moleculen die de informatie die door genen in de kern wordt gecodeerd, overbrengen naar het cytoplasma voor eiwitsynthese door ribosomen. mRNA-sequenties kunnen worden ontworpen om te coderen voor specifieke eiwitten; het bekendste voorbeeld hiervan zijn de mRNA-vaccins voor COVID-19.

mRNA-moleculen zijn groot en chemisch onstabiel, dus er moet een vector worden gebruikt om mRNA aan de cellen af ​​te leveren. Een van de meest geavanceerde technologieën voor de afgifte van mRNA zijn lipidenanodeeltjes (LNP’s), die zijn samengesteld uit ioniseerbare lipiden, cholesterol, helperlipiden en polyethyleenglycol.

Een team van onderzoekers onder leiding van assistent-professor Yusuke Sato en professor Hideyoshi Harashima van de Faculteit Farmaceutische Wetenschappen, Hokkaido University, en door Kazuki Hashiba van de Nitto Denko Corporation hebben een nieuw vertakt ioniseerbaar lipide ontwikkeld dat, wanneer het wordt opgenomen in LNP’s, de efficiëntie van mRNA-afgifte. Hun resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift Kleine Wetenschap.

Eerder werk heeft aangetoond dat ioniseerbare lipiden met vertakkende staarten de efficiëntie van mRNA-afgifte door LNP’s verhogen. Twee belangrijke problemen hebben echter een systematische analyse van het effect van vertakkende ioniseerbare lipiden verhinderd. Ten eerste leidt staartvertakking tot een enorme diversiteit aan chemicaliën; ten tweede is het aantal in de handel verkrijgbare vertakkende ioniseerbare lipiden beperkt.

Om deze hindernissen te overwinnen, genereerden de onderzoekers een systematische lipidenbibliotheek van vertakkende ioniseerbare lipiden, en beperkten deze bibliotheek tot een specifieke subset van vertakkende lipiden die met slechts twee parameters konden worden beschreven: totaal koolstofgetal en symmetrie. Vervolgens testten ze de 32 lipiden in deze bibliotheek op hun effect op de stabiliteit van LNP’s die mRNA (LNP-RNA) bevatten.

Het team ontdekte dat LNP-RNA’s die zeer symmetrische vertakte lipiden bevatten een grotere microviscositeit vertoonden, en de hogere microviscositeit was positief gecorreleerd met verhoogde stabiliteit van LNP-RNA’s in opslag. Zeer symmetrische vertakte lipiden in LNP-RNA’s zijn ook positief gecorreleerd met eiwitexpressie in de lever en milt bij muizen. Ze stelden vast dat de lengte van de vertakte keten de selectiviteit van organen beïnvloedt.

De meest stabiele opslag en meest efficiënte afgifte van het mRNA werd bereikt door het vertakkende lipide CL4F 8-6. De auteurs toonden aan dat dit specifieke lipide kan worden gebruikt in LNP’s die zijn ontworpen voor genbewerking, waarbij een onderdrukking van 77% van het doelgen bij muizen wordt bereikt met slechts één dosis LNP’s.

Deze studie onthulde dat vertakte lipiden met een hoge mate van symmetrie bijdroegen aan optimale LNP-eigenschappen voor efficiënte intracellulaire afgifte en stabiele formuleringen. Toekomstig werk zal zich richten op het ontwikkelen van uitgebreide lipidenbibliotheken om de eigenschappen van andere vertakte lipiden te begrijpen, en kan leiden tot het ontwerp van nieuwe lipiden.