NMR-geleide optimalisatie van lipide-nanodeeltjes voor verbeterde siRNA-afgifte

Kleine interfererende RNA (siRNA)-moleculen hebben een enorm potentieel voor de behandeling van ziekten door specifieke genen uit te schakelen. Ingekapseld in lipide nanodeeltjes (LNP’s) kan siRNA efficiënt aan doelcellen worden afgeleverd.

De effectiviteit van deze therapieën hangt echter af van de interne structuur van de LNP’s, die een aanzienlijke invloed kunnen hebben op hun vermogen om siRNA af te geven. Traditionele methoden schieten vaak tekort bij het verschaffen van de gedetailleerde moleculaire inzichten die nodig zijn om het LNP-ontwerp te verfijnen voor optimale therapeutische werkzaamheid.

Een studie gepubliceerd in de Tijdschrift voor gecontroleerde vrijgave introduceert op 2 augustus 2024 onder leiding van assistent-professor Keisuke Ueda van de Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Chiba University, een nieuwe aanpak voor het verbeteren van siRNA-geladen LNP’s.

Door gebruik te maken van op NMR gebaseerde karakterisering op moleculair niveau onderzoekt het onderzoek hoe verschillende siRNA-mengmethoden de uniformiteit en moleculaire toestand van siRNA binnen LNP’s beïnvloeden.

Het onderzoek werd mede geschreven door Dr. Hidetaka Akita van de Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Tohoku University; Dr. Kenjirou Higashi van de Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Chiba University; en Dr. Kunikazu Moribe (laatste auteur) van de Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Chiba University.

“NMR stelde ons in staat om op moleculair niveau in deze nanodeeltjes te kijken, waardoor de ingewikkelde details werden onthuld van hoe siRNA wordt verdeeld binnen de LNP-kern. Dit niveau van inzicht is cruciaal voor het begrijpen en optimaliseren van LNP-formuleringen”, aldus Dr. Ueda.

Het team vergeleek drie bereidingsmethoden voor met siRNA geladen LNP’s om hun impact op de moleculaire structuur en de efficiëntie van genuitschakeling te begrijpen. De methoden omvatten voormengen, waarbij siRNA en lipiden werden gecombineerd met behulp van een microfluïdische mixer; namenging (A), waarbij siRNA werd gemengd met lege LNP’s in zure omstandigheden met ethanol; en post-mixing (B), waarbij siRNA werd gemengd met lege LNP’s in een zure toestand zonder ethanol.

Hoewel alle drie de methoden LNP’s produceerden met een consistente grootte van ongeveer 50 nm en een constante verhouding van siRNA tot lipidegehalte handhaafden, varieerde de verdeling van siRNA binnen de LNP’s aanzienlijk. De pre-mixmethode, waarbij siRNA en lipiden gelijktijdig worden gemengd, resulteerde in een meer uniforme verdeling van siRNA binnen de LNP’s.

Daarentegen leidde de post-mixing-methode, waarbij siRNA wordt toegevoegd aan voorgevormde LNP’s, tot een heterogene verdeling met regio’s met hoge en lage siRNA-concentratie.

“Deze heterogeniteit kan het uitschakelingseffect van het siRNA aanzienlijk beïnvloeden. Het is waarschijnlijker dat LNP’s met een meer uniforme siRNA-verdeling hun therapeutische lading effectief aan doelcellen afleveren. Dit benadrukt de cruciale noodzaak om de voorbereidingsomstandigheden te optimaliseren om de therapeutische resultaten te verbeteren”, legt Dr. .

De bevindingen geven aan dat voorgemengde LNP’s superieure genuitschakelingseffecten vertonen. In deze LNP’s waren ioniseerbare lipiden nauwer geassocieerd met siRNA, waardoor een gestapelde dubbellaagse structuur werd gevormd die de genuitschakeling verbeterde.

Daarentegen vertoonden post-gemengde LNP’s een meer heterogene structuur, wat waarschijnlijk hun vermogen om te fuseren met celmembranen belemmerde en hun therapeutische effectiviteit verminderde.

“Dit onderzoek zou de levens van mensen kunnen verbeteren door gentherapieën en op RNA gebaseerde medicijnen te verbeteren. Door de manier te optimaliseren waarop siRNA wordt afgeleverd met behulp van lipide nanodeeltjes (LNP’s), kunnen behandelingen voor ziekten zoals kanker, genetische aandoeningen en virale infecties effectiever worden. Bovendien zou het de levens van mensen kunnen verbeteren. zou de efficiëntie en veiligheid van RNA-vaccins, zoals die gebruikt worden voor COVID-19, kunnen verbeteren door ze stabieler te maken en de bijwerkingen te verminderen. Over het geheel genomen heeft deze studie het potentieel om te leiden tot effectievere en veiligere behandelingen voor patiënten”, voegt Dr. Ueda.

In de toekomst kunnen deze ontwikkelingen bijdragen aan de ontwikkeling van meer gepersonaliseerde geneeskunde, met behandelingen die zijn afgestemd op individuele patiënten. Verbeterde systemen voor de toediening van medicijnen kunnen ook de kosten verlagen en de toegang tot innovatieve therapieën vergroten, wat een bredere bevolking ten goede komt.