పునర్నిర్మిత నానోపార్టికల్‌లు mRNA వ్యాక్సిన్ డెలివరీని పదునుచేస్తాయి

mRNA మెడిసిన్ వెనుక డెలివరీ సమస్య

COVID-19 నుండి చాలా ప్రభావవంతమైనదిగా నిరూపితమైన mRNA వ్యాక్సిన్‌లు జన్యు సూచనలను కణాలకు సరఫరా చేయడం ద్వారా పనిచేస్తాయి, రోగనిరోధక వ్యవస్థను లక్ష్య రోగజనకానికి వ్యతిరేకంగా రక్షణను రూపొందించమని ప్రేరేపిస్తాయి. అయితే డెలివరీ మెకানిజం — లిపిడ్ నానోపార్టికల్‌లు, mRNA ను కణాలలోకి తీసుకువెళ్లే చిన్న కొవ్వు గోళాలు — ఎల్లప్పుడూ అనిశ్చితమైన సాధనం. ఒకసారి ఇంజెక్ట్ చేసిన తర్వాత, సాధారణ LNP లు పూర్తి శరీరం అంతటా పంపిణీ చేయబడతాయి, కాలేయం, ప్లీహ, మరియు ఇతర కణజాలకు పేలోడ్ సరఫరా చేస్తాయి, అక్కడ రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన ఉత్పత్తి చేయవలసి ఉంటుంది. University of Pennsylvania ఇంజనీర్లు ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి నానోపార్టికల్ యొక్క ప్రధాన భాగాన్ని పునర్నిర్మించారు.

ఈ కొత్త డిజైన్, Nature Biomedical Engineering లో ఈ వారం ప్రచురితమైన ఒక పేపర్‌లో వర్ణించబడింది, నానోపార్టికల్ షెల్ యొక్క ionizable లిపిడ్ భాగాన్ని సవరించుకుంటుంది, ఇది లింఫ్ నోడ్‌లకు చేరుకునే కణాల నిష్పత్తిని నాటకీయంగా పెంచుతుంది — ఇవి రోగనిరోధక వ్యవస్థ వ్యాక్సిన్‌లకు ప్రతిస్పందిస్తుంది. జంతువుల ప్రయోగాలలో, పునర్నిర్మిత కణాలు mRNA ను లింఫ్ నోడ్‌లకు ప్రస్తుత డిజైన్‌ల కంటే సుమారు నాలుగు రెట్లు ఎక్కువ సామర్థ్యంతో సరఫరా చేశాయి, కాలేయంలో చేరడం 60 శాతానికి పైగా తగ్గిపోయింది.

లింఫ్ నోడ్ టార్గెటింగ్ ఎందుకు ముఖ్యమైనది

లింఫ్ నోడ్‌లు అనుకూల రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన యొక్క శరీర కేంద్రాలు. వ్యాక్సిన్ యాంటిజెన్ లింఫ్ నోడ్‌కు చేరుకున్నప్పుడు, ఇది సరిగ్గా విశేషమైన రోగనిరోధక కణాలను ఎదుర్కొంటుంది — B కణాలు మరియు T కణాలు — దీర్ఘకాలीన రక్షణను సృష్టించడానికి సక్రియం చేయవలసి ఉంటుంది. mRNA పేలోడ్‌ను లింఫ్ నోడ్‌లకు సమర్థవంతంగా సరఫరా చేయడం అంటే ఎక్కువ రోగనిరోధక-ప్రైమింగ్ జన్యు సమాచారం సరిగ్గా కణాలకు చేరుకుంటుంది, మరియు చిన్నది ఉపయోగకరమైన రోగనిరోధక ప్రతిస్పందనను ట్రిగర్ చేయని కణజాలకు వృధా అవుతుంది కానీ ఇప్పటికీ వాపు కలిగిస్తుంది.

ప్రస్తుత తరం LNP వ్యాక్సిన్‌లు ప్రధానంగా కాలేయ డెలివరీపై ఆధారపడతాయి. కాలేయం రోగనిరోధకంగా తటస్థ గమ్యం కాదు — ఇది వ్యాక్సిన్ యాంటిజెన్‌ను ప్రక్రియ చేస్తుంది మరియు రోగనిరోధక ప్రతిస్పందనకు దోహదం చేస్తుంది — కానీ ఇది లింఫ్ నోడ్ డెలివరీతో పోలిస్తే బలమైన, సుదీర్ఘ రక్షణను సృష్టించడంలో చాలా తక్కువ సామర్థ్యవంతమైనది. Penn సంశోధన జట్టు లింఫ్ నోడ్ టార్గెటింగ్‌లో సుధారణ వ్యాక్సిన్‌లను గణనీయంగా తక్కువ ఖరీదులో సమానమైన రక్షణను సాధించేందుకు అనుమతించగలదని విశ్వసిస్తుంది, ఉత్పత్తి ఖర్చులు మరియు డోజ్-ఆధారిత దుష్ప్రభావాల రెండు ప్రమాదాలను తగ్గిస్తుంది.

దీని చిక్కులు సంక్రామక వ్యాధి వ్యాక్సిన్‌ల వెలుపల విస్తరించాయి. mRNA క్యాన్సర్ వ్యాక్సిన్‌లను అభివృద్ధి చేస్తున్న శోధకులు — ఇవి రోగనిరోధక వ్యవస్థను 종양-నిర్దిష్ట యాంటిజెన్‌లను గుర్తించడానికి మరియు దాడి చేయడానికి శిక్షణ ఇస్తాయి — చాలా కాలం నుండి కీ ఎనేబ్లింగ్ సామర్థ్యంగా మరింత ఖచ్చితమైన లింఫ్ నోడ్ డెలివరీని చేసుకుంటున్నారు. క్యాన్సర్ ఇమ్యునోథెరపీకు సిటోటాక్సిక్ T కణాల యొక్క విశేషంగా బలమైన క్రియాశీలతకు అవసరం, ఇవి లింఫ్ నోడ్ కణజాలలో చాలా సమర్థవంతంగా primed చేయబడతాయి.

మెరుగుదల వెనుక ఇంజనీరింగ్

Penn జట్టు యొక్క ఆవిష్కరణ ionizable లిపిడ్‌పై కేంద్రీకృతమై ఉంది, నానోపార్టికల్ యొక్క ఆ భాగం జీవకణాల లోపల mRNA విడుదల సుసंधि చేయడానికి pH మార్పులకు ప్రతిస్పందిస్తుంది. మునుపటి ionizable లిపిడ్ డిజైన్‌లు ప్రధానంగా సెలులార్ uptake మరియు mRNA డెలివరీ సామర్థ్యానికి ఆప్టిమైజ్ చేయబడ్డాయి, లింఫ్ నోడ్ కణజాలకు బలమైన నిర్దిష్టత లేకుండా. కొత్త డిజైన్ ఒక నిర్మాణాత్మక సవరణను చేర్చుకుంటుంది, ఇది కణ యొక్క apolipoprotein E కు బంధన సంబంధాన్ని పెంచుతుంది, లింఫ్ నోడ్-నిവసించే కణాలకు హోమింగ్ సిగ్నల్‌గా పనిచేసే రక్త ప్రోటీన్‌కు.

సవరణ సుపరిమితమైన స్ক్రీనింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా గుర్తించబడింది, ఇది వందల లిపిడ్ నిర్మాణ రూపాంతరణలను పరీక్షించింది, సెలులార్ uptake సామర్థ్యం, mRNA డెలివరీ పనితీరు మరియు biodistribution ప్రోఫైల్ కోసం ప్రతిదానిని మూల్యాంకనం చేసింది. కంప్యూటేషనల్ మోడలింగ్ ప్రయోగాత్మక సంశ్లేషణకు ముందు ఏ నిర్మాణ సంబంధితాలు లింఫ్ నోడ్ అఫినిటీని పెంచుతాయో ఊహించడానికి ఉపయోగించబడింది, సర్చ్ స్పేస్‌ను గణనీయంగా సంకుచితం చేసింది.

పునర్నిర్మిత నానోపార్టికల్ ప్రామాణిక LNP ల యొక్క అధిక mRNA encapsulation సామర్థ్యం మరియు intracellular విడుదల సామర్థ్యాన్ని నిలుపుకుంది, లింఫ్ నోడ్ టార్గెటింగ్ సామర్థ్యాన్ని జోడించింది — అర్థమేమిటంటే LNP ను సమర్థవంతమైనదిగా చేస్తుంది అటువంటి డెలివరీ పనితీరును త్యజించకుండా ఖచ్చితత్వలో మెరుగుదల వస్తుంది.

తరువాతి పీढ్ర వ్యాక్సిన్‌ల వైపు

సంశోధన జట్టు ఇన్‌ఫ్లూయెంజా, respiratory syncytial virus, మరియు అనేక క్యాన్సర్ సూచనల కోసం వ్యాక్సిన్ సూత్రీకరణలలో కొత్త LNP డిజైన్‌ను మూల్యాంకనం చేయడానికి ఔషధ భాగస్వాములతో కూడా కాজ చేయడం ప్రారంభించారు. పూర్వ-క్లినికల్ ఫలితాల నుండి క్లినికల్ మూల్యాంకనం పర్యంతం సమయ సిద్ధాంతం సాధారణంగా రెండు నుండి నాలుగు సంవత్సరాలు వ్యాపిస్తుంది, మరియు నవల లిపిడ్ భాగానికి సంబంధించిన అనేక నియంత్రక అవరోధాలను మానవ ట్రయల్‌ల ముందు క్లియర్ చేయవలసి ఉంటుంది.

కానీ అంతర్లీన విజ్ఞానం వ్యాక్సిన్ సంశోధన సమాజంలో చాలా ఉత్సాహంతో పొందుతున్నది. mRNA వ్యాక్సిన్ platforms వాటి శీఘ్ర అభివృద్ధి సామర్థ్యానికి ఆదరించబడ్డాయి, COVID-19 మహమ్మారి సమయంలో ప్రదర్శించబడింది, వ్యాక్సిన్‌లు సిక్వెన్స్ నుండి క్లినికల్ విస్థాపన వరకు ఒక సంవత్సరంలో సాధించాయి. డెలివరీ సిస్టమ్ యొక్క టార్గెటింగ్ ఖచ్చితత్వలో సుధారణ వ్యాక్సిన్ మరియు చికిత్సాత్మక అనువర్తనాల సంపూర్ణ పరిధిలో platform యొక్క ప్రయోజనాలను మరింత నిమగ్న చేయవచ్చు.

University of Pennsylvania కొత్త ionizable లిపిడ్ డిజైన్‌ను కవర్ చేసే పేటెంట్‌లను సమర్పించారు, మరియు అనేక ఔషధ సంస్థలతో లైసెన్సింగ చర్చలు నివేదితంగా సాగుతున్నాయి. సంశోధనను National Institutes of Health మరియు Gates Foundation యొక్క వैश్విక వ్యాక్సిన్ సంწా ద్వారా అనుదానం ద్వారా చేర్చుకున్నారు, ఇది అసలు COVID-19 అనువర్తనాల వెలుపల mRNA డెలివరీ సాంకేతికత కు ఆ సాధారణ ఆసక్తిని ప్రతిబింబిస్తుంది.

mRNA చికిత్సాత్మకాల కోసం విస్తృత చిక్కులు

వ్యాక్సిన్‌ల వెలుపల, ఖచ్చితత్వ డెలివరీ సుధారణ mRNA చికిత్సాత్మకాల సంధిందో బ్రహ్మాండానికి చిక్కులు ఉన్నాయి. శోధకులు జన్యు వ్యాధులు, ప్రోటీన్-కొరత పరిస్థితులు మరియు పునరుదీకరణ ఔషధ అనువర్తనాలకు mRNA-ఆధారిత చికిత్సలను అన్వేషిస్తున్నారు. ఈ అనేక సందర్భాలలో, mRNA పేలోడ్‌ను నిర్దిష్ట కణజాలకు సరఫరా చేయడం — కేవలం లింఫ్ నోడ్‌లు కాదు, కానీ కండరాలు,종양లు, లేదా నిర్దిష్ట అవయవ వ్యవస్థలు కూడా — చికిత్సాత్మక సమర్థకు ముఖ్యమైనది. Penn జట్టు ద్వారా ప్రదర్శించిన ఇంజనీరింగ్ సూత్రాలు biodistribution నియంత్రించే లిపిడ్ భాగాన్ని tuning చేయడం ద్వారా కణజాల-లక్ష్య LNP డిజైన్‌కు మరింత సాధారణ సామర్థ్యం వైపు చూపిస్తాయి.

ఈ కథనం Phys.org ఆధారంగా రిపోర్టింగ్ ఆధారంగా ఉంది. అసలు కథనాన్ని చదవండి।