تولید خودکار نانوذرات لیپیدی می‌تواند توسعه درمان‌های RNA را تسریع کند

توسط آن ترافتون، موسسه فناوری ماساچوست

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

واکسن‌های RNA و سایر داروهای درمانی اسید نوکلئیک معمولا درون مولکول‌های چربی بسته‌بندی می‌شوند که به نام نانوذرات لیپیدی (LNPs) شناخته می‌شوند. محققان MIT اکنون راهی برای تولید این ذرات بسیار سریعتر و با کنترل دقیق تری بر اندازه و شکل آنها ایجاد کرده اند.

به گفته محققان، فرآیند جدید، که می‌تواند به طور خودکار بدون دخالت انسان اجرا شود، می‌تواند توسعه درمان‌های جدید RNA و DNA را تا حد زیادی سرعت بخشد.

سدریک دووس، فوق دکترای MIT و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه می‌گوید: «این روش می‌تواند به شما کمک کند قبل از اینکه آن ذرات را بگیرید و ببینید کدام یک بهترین عملکرد را دارند، تعیین کنید چه پارامترهایی هستند که ویژگی‌های اندازه و شکل خاصی را ایجاد می‌کنند. "این می تواند یک ابزار توسعه بسیار قدرتمند باشد."

روش‌های فعلی برای طراحی نانوذرات لیپیدی جدید اغلب نیازمند آزمایش‌های آزمایش و خطای زمان‌بر، با بررسی محدود اندازه و شکل ذرات مورد نظر هستند. تنظیم اندازه و شکل LNP ها می تواند هدف قرار دادن اندام ها و بافت های مختلف را ممکن کند.

آلن مایرسون، استاد بخش مهندسی شیمی دانشگاه MIT و نویسنده ارشد مطالعه جدید می‌گوید: "اندازه و شکل LNP‌ها را نمی‌توان با هیچ روش تولید قبلی به‌طور قابل اعتماد کنترل کرد. مشکل ممکن است در نگاه اول ساده به نظر برسد، اما در واقعیت به درک عمیقی از مونتاژ نانوذرات لیپیدی نیاز دارد."

Aniket Udepurkar و Peter Sagmeister، فوق دکترای MIT نیز نویسندگان اصلی مقاله هستند که در ACS Nano ظاهر می شود.

واکسن‌های مبتنی بر mRNA با ارائه دستورالعمل‌هایی به سلول‌ها برای تولید یک نسخه بی‌ضرر از یک پروتئین ویروسی کار می‌کنند که سیستم ایمنی را وادار به ایجاد پاسخ می‌کند. با این حال، اگر mRNA به خودی خود تزریق شود، به سرعت در بدن تجزیه می شود.

Devos می گوید: «اینها واقعا یک نوع انقلابی از درمان هستند، اما به نوعی وسیله نقلیه برای رساندن آنها به سلول های مناسب در بدن نیاز دارند.

دانشمندان از نانوذرات لیپیدی برای بسته‌بندی mRNA در واکسن‌های COVID-19 و سایر داروهای mRNA استفاده کرده‌اند. LNP ها معمولا از چهار جزء تشکیل شده اند: یک لیپید قابل یونیزاسیون، یک فسفولیپید، کلسترول و یک لیپید متصل به یک مولکول پلی اتیلن گلیکول (PEG) که به تثبیت LNP کمک می کند.

برای ساخت این ذرات، دو جریان سیال با سرعت بالا با هم مخلوط می شوند. یکی از مولکول های لیپیدی معلق در اتانول و دیگری حاوی mRNA است که در یک بافر اسیدی حل شده است.

با این حال، این محلول ها با نرخ جریان برابر مخلوط نمی شوند. در عوض، حدود سه برابر بیشتر از محلول mRNA نسبت به محلول لیپیدی وجود دارد. این نسبت نابرابر به ترویج تشکیل نانوذرات لیپیدی حاوی mRNA کمک می کند، اما کنترل دقیقی بر اندازه یا شکل ذرات ارائه نمی دهد.

در مطالعه‌ای که سال گذشته در ACS Nano منتشر شد، تیم MIT نشان داد که شکستن فرآیند اختلاط به دو مرحله می‌تواند کنترل بسیار بهتری بر اندازه ذرات ایجاد کند.

در مرحله اول، mRNA و لیپیدها با سرعت جریان برابر مخلوط می شوند. سپس، پس از یک تاخیر کوتاه، مقدار بیشتری از بافر اضافه می شود و رشد ذرات را متوقف می کند. تاخیرهای طولانی‌تر ذرات بزرگ‌تری تولید می‌کنند.

دیوس می گوید: "این به شما این توانایی را می دهد که با زمان اقامت بازی کنید، یعنی زمانی که بین اولین میکسر و میکسر دوم طول می کشد. اگر این زمان ماندگاری را واقعا طولانی نگه دارید، به این معنی است که ذرات شما بسیار رشد خواهند کرد. اگر آن را واقعا کوتاه نگه دارید، می توانید آنها را بسیار کوچک نگه دارید." این به شما اهرمی بر تولید نانوذرات لیپیدی می دهد که قبلا در دسترس نبود.»

در آن مطالعه، محققان همچنین نشان دادند که می توانند شکل ذرات را تغییر دهند. آنها با تغییر غلظت بافر اضافه شده در مرحله دوم، ذرات را از کره به ذرات درازی شبیه آووکادو تبدیل کردند.

هر دو مداخله - تغییر زمان اقامت و تغییر ترکیب بافر - به محققان اجازه می دهد تا اندازه و شکل ذرات را بدون تغییر ترکیب LNPs کنترل کنند.

در مقاله جدید ACS Nano، محققان راهی را برای خودکارسازی فرآیند اختلاط دو مرحله ای ایجاد کردند. آنها همچنین یک دستگاه پراکنده نور پویا در دسترس تجاری را ادغام کردند که می تواند اندازه ذرات را به هنگام شکل گیری اندازه گیری کند.

این پروژه همچنین تأثیر برنامه فرصت های تحقیقاتی در مقطع کارشناسی MIT (UROP) را برجسته می کند. ساگمایستر می‌گوید: «از طریق این برنامه، جوی رن، سوفیا چوبیچ و دیلان نگوین، دانشجویان کارشناسی ریاضی کاربردی و علوم کامپیوتر، تجربه عملی به دست آوردند و یاد گرفتند که چگونه مهندسی نرم‌افزار پیشرفته را می‌توان با مهندسی شیمی ادغام کرد تا یک پلت فرم خودکار برای توسعه فرآیند LNP ایجاد کند.

با این سیستم خودکار، محققان می توانند اندازه ذرات را مشخص کنند و سیستم ذرات با آن اندازه را تولید خواهد کرد. همچنین ذرات حاصل را اندازه گیری می کند تا مطمئن شود اندازه آنها مناسب است و در غیر این صورت، زمان تاخیر و سایر عوامل را تنظیم می کند تا آنها را به اندازه مناسب هدایت کند.

ساگمایستر می‌گوید: «اولین مقاله واقعا قفل روش‌شناسی جدید برای ساخت نانوذرات لیپیدی را باز کرد تا آنها را بر اساس اندازه و شکل مهندسی کند. با مطالعه دوم، ما کل فرآیند را خودکار می کنیم.

این سیستم همچنین می تواند ذرات با اشکال مختلف تولید کند، اما اندازه گیری آن اشکال باید خارج از سیستم خودکار انجام شود.

با استفاده از این رویکرد، محققان بررسی کردند که چگونه تغییر ورودی‌های سیستم بر اندازه و شکل ذرات تأثیر می‌گذارد، بسیار سریع‌تر از آنچه قبلا ممکن بود. آنها سپس از داده‌های جمع‌آوری‌شده از این آزمایش‌ها برای آموزش یک مدل یادگیری ماشینی استفاده کردند که می‌تواند ترکیبی از عوامل مورد نیاز برای تولید یک اندازه یا شکل خاص را پیش‌بینی کند.

این روش می‌تواند تولید ذراتی با اندازه‌های مختلف و آزمایش آن‌ها را برای یک کاربرد خاص برای توسعه‌دهندگان درمان‌های RNA بسیار آسان‌تر کند. کنترل اندازه یک نانوذره لیپیدی بسیار مهم است زیرا اندازه آن تعیین می‌کند که در کجای بدن به احتمال زیاد به آن برسد.

Devos می گوید: «اگر شما یک درمان مبتنی بر LNP با اندازه هدف 150 نانومتر و درمانی 70 نانومتری بسازید، و بقیه موارد مشابه باشند، رفتار آنها بسیار متفاوت خواهد بود.

محققان برای ثبت اختراع فناوری خود ثبت نام کرده‌اند و در حال کار برای تجاری‌سازی آن از طریق یک شرکت جدید به نام آزمایشگاه‌های BIZON هستند.

پیتر ساگمایستر و همکاران، مهندسی نانوذرات لیپیدی مستقل، ACS Nano (2026). DOI: 10.1021/acsnano.6c15600

ارائه شده توسط موسسه فناوری ماساچوست

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →

این داستان با حسن نیت از MIT News (web.mit.edu/newsoffice/)، یک سایت محبوب که اخبار مربوط به تحقیقات، نوآوری و آموزش MIT را پوشش می دهد، بازنشر شده است.