Precisielonggeneeskunde: ingenieurs richten zich op longziekten met lipide-nanodeeltjes

Penn Engineers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om de longen te targeten met lipide nanodeeltjes (LNP’s), de minuscule capsules die door de Moderna- en Pfizer-BioNTech COVID-19-vaccins worden gebruikt om mRNA af te leveren, waardoor de deur wordt geopend voor nieuwe behandelingen voor longziekten zoals cystische fibrose.

In een papier in NatuurcommunicatieMichael J. Mitchell, universitair hoofddocent bij de afdeling Bioengineering, demonstreert een nieuwe methode om efficiënt te bepalen welke LNP’s zich waarschijnlijk aan de longen zullen binden, in plaats van aan de lever. “De manier waarop de lever is ontworpen”, zegt Mitchell, “LNP’s hebben de neiging om in levercellen te filteren en moeite te hebben om ergens anders aan te komen. Het kunnen richten op de longen is potentieel levensveranderend voor iemand met longkanker of cystische fibrose.”

Eerdere studies hebben aangetoond dat kationische lipiden – lipiden die positief geladen zijn – een grotere kans hebben om hun inhoud met succes aan het longweefsel af te geven. “De commerciële kationische lipiden zijn echter meestal zeer positief geladen en giftig”, zegt Lulu Xue, een postdoctoraal onderzoeker in het Mitchell Lab en de eerste auteur van het artikel. Omdat celmembranen negatief geladen zijn, kunnen lipiden met een te sterke positieve lading doelcellen letterlijk uit elkaar scheuren.

Normaal gesproken zouden honderden muizen nodig zijn om de leden van een ‘bibliotheek’ van LNP’s – chemische varianten met verschillende structuren en eigenschappen – individueel te testen om er een te vinden met een lage lading die een grotere kans heeft om een ​​medicinale lading aan de longen af ​​te geven.

In plaats daarvan gebruikten Xue, Mitchell en hun medewerkers wat bekend staat als ‘barcoded DNA’ (b-DNA) om elke LNP te taggen met een unieke streng genetisch materiaal, zodat ze een verzameling LNP’s in slechts een handvol diermodellen konden injecteren. . Nadat de LNP’s zich naar verschillende organen hadden verspreid, kon het b-DNA vervolgens worden gescand, zoals een artikel in de supermarkt, om te bepalen welke LNP’s in de longen terechtkwamen.

Na het identificeren van een LNP dat met succes longcellen binnendrong, dienden Xue, Mitchell en hun medewerkers het molecuul toe aan muizen die aan longkanker leden: de behandeling had een uitgesproken en positief effect, waarbij de tumorgrootte drastisch werd verkleind door het afgeven van een streng mRNA en gRNA die de groei van longtumoren. “Deze technologie zal helpen de ontwikkeling van mRNA-therapieën buiten de lever te versnellen”, zegt Xue, wijzend op de snelheid, lage kosten en werkzaamheid van de techniek.