Усовершенствованные липидные везикулы могут стать ключом к созданию нового поколения мРНК-вакцин
![](/uploads/image/url/6083/049-0.jpg)
Любой диетолог скажет, что некоторые виды жиров полезны, и это, безусловно, верно в отношении маленьких липидных везикул, являющихся компонентами двух наиболее широко используемых в мире вакцин против COVID-19. Эти крошечные жировые пузырьки, известные как липидные наночастицы (ЛНЧ), содержат в себе информационную РНК (мРНК), которая кодирует вирусный белок, и помогают доставить ее в клетки и защитить от разрушительного воздействия внутриклеточных ферментов. Эта технология стала ключом к успеху вакцин против COVID-19, разработанных компаниями Moderna и Pfizer-BioNTech. Однако, несмотря на все положительные стороны уже существующих вакцин, предел совершенства еще не достигнут.
▶ Читайте также: Стартапы способствуют запуску новой волны мРНК-терапии
Наночастицы служат основной причиной нежелательных побочных эффектов при их распространении по организму, вызывая болевой синдром и воспалительные реакции, которые многие люди испытывают после вакцинации. Проблема заключается в затруднении высвобождения содержимого этих наночастиц уже внутри клеток, ведь это — необходимый этап для запуска механизма синтеза белка, который превращает нуклеотидные последовательности мРНК в непосредственный субстрат иммунных реакций. А поскольку ЛНЧ при нагревании распадаются, их приходится хранить при низких температурах, что ограничивает их использование по миру.
По словам биохимика Питера Каллиса из Университета Британской Колумбии (UBC) в Ванкувере, создателя первых ЛНЧ, у данной системы есть еще потенциал для развития, и необходимо повышать эффективность ЛНЧ.
В настоящее время крупные фармацевтические и биотехнологические стартапы ведут разработки нового поколения ЛНЧ с повышенной стабильностью и большей тканеспецифичностью, эффективность которых была бы выше, а количество побочных эффектов — меньше. Многое поставлено на карту: эти усовершенствованные наночастицы могут привести к созданию нового поколения мРНК-вакцин против COVID-19 и других заболеваний. Также с их помощью планируется использовать мРНК уже в качестве инструмента для лечения болезней. По словам Филипа Сантанджело, инженера-биомедика из Технологического института Джорджии, существующие в теоретической сфере новшества систем доставки [лекарственных или вакцинных компонентов], безусловно, изменят правила этой игры. Сантанджело сотрудничал с несколькими компаниями, производящими мРНК.
Первые ЛНЧ Каллис с коллегами разработали около 20 лет назад; изначально эти наночастицы предназначались для транспортировки в клетки препаратов, подавляющих работу генов. Впоследствии ему и другим исследователям удалось адаптировать четыре липидных компонента ЛНЧ для доставки в поврежденные клетки последовательностей мРНК, корректирующих течение патологии. Теперь, как заявляет Анна Блэкни (биоинженер UBC, соучредитель компании-производителя РНК-вакцин VaxEquity), когда была обнаружена новая сфера применения — вакцины — предстоит еще так много разработок и оптимизаций. И когда дело доходит до понимания того, как клетки взаимодействуют с наночастицами, это, по ее словам, просто один огромный вопрос.
Ранее в этом году появилась одна подсказка, когда ученые компании Genentech продемонстрировали, как наночастицы активируют определенный воспалительный путь — ось интерлейкина-1. Он является ключевым при инициации защитных иммунных реакций, однако также может быть причиной побочных эффектов. Одна из изученных ЛНЧ, в составе которой был т. н. «ионизируемый» липид SM-102, помогающий связывать и упаковывать мРНК в ЛНЧ, оказалась в выраженной степени способной активировать этот путь. Это может объяснять, почему вакцина компании Moderna, в составе которой присутствует SM-102, в равной степени и эффективна, и склонна у вызывать у людей плохое самочувствие.
Команда Genentech не проводила оценку аналогичного липида из вакцины Pfizer-BioNtech. Однако Мохамад-Габриэль Аламе и его коллеги из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета протестировали сходный вакцинный препарат и обнаружили, что он инициирует появление широкого спектра воспалительных молекул, как желательных [для развития иммунного ответа], так и нежелательных. На данный момент, как поясняет Аламе, цель состоит в разработке таких ионизируемых липидов, которые активировали бы нужные иммунные реакции, не запуская при этом вредные; это сложно, но возможно, — продолжает он. Аламе вместе с биоинженером Майклом Бушманном из Университета Джорджа Мейсона и другими основал AexeRNA Therapeutics.
Бушманн умер в марте 2022 года; до этого он возглавлял группу, которая в 2021 году продемонстрировала ключевое влияние электрического заряда на ЛНЧ и, как следствие, успех применения вакцины. Отрицательный заряд снижает вероятность, что наночастица останется в мышечной ткани и лимфатических узлах мышей (куда ввели исследуемый препарат), где она могла бы способствовать развитию необходимых иммунных реакций; вместо этого ЛНЧ начинают широко распространяться по тканям, повышая риск лихорадки, озноба и других побочных эффектов.
Для создания наночастицы с меньшим по модулю отрицательным зарядом исследователи изменили химический состав ионизируемого липида. Согласно данным, опубликованным в прошлом году в формате препринта (в настоящее время они находятся на рассмотрении в Nature Communications), после включения в состав мРНК-вакцины против COVID-19 новой везикулы ЛНЧ (переносчика мРНК) у мышей вырабатывалось большее количество антител по сравнению со стандартными системами доставки, а также уменьшилось количество побочных эффектов.
Дэн Пир, биохимик из Университета Тель-Авива и соучредитель стартапа по доставке вакцин NeoVac, также разработал библиотеки новых ионизируемых липидов с нетипичным химическим составом. Как свидетельствуют результаты неопубликованных исследований, по-видимому, это позволяет создавать более качественные мРНК-вакцины с меньшим количеством побочных эффектов, а также продлевает срок их хранения при комнатной температуре.
Иные способы добиться повышения эффективности вакцин включают усиление захвата ЛНЧ клетками, а затем — высвобождения ЛНЧ из впячиваний клеточной мембраны, известных как эндосомы, которые транспортируют наночастицы внутрь клетки. Подавляющее большинство ЛНЧ попадают в эти клеточные образования, а впоследствии уничтожаются или распадаются, не доставляя свой полезный вакцинный «груз». Как поясняет Гаурав Сахай, биоинженер из Oregon Health & Science University, это означает, что огромный массив РНК из состава вакцины не используется клеткой.
Форма ионизируемых липидов влияет на способность ЛНЧ разрушать эндосомы подобно тому, как это делает холестерин, входящий в состав ЛНЧ наряду с молекулами других жиров. Вместе с учеными из компании Moderna Сахай с соавт. в 2020 году сообщали, что использование различных форм холестерина может повысить скорость высвобождения ЛНЧ из эндосомного компартмента. Сахай основал компанию Enterx Biosciences для коммерциализации открытий своей команды.
![](/uploads/image/url/6084/049-3.jpg)
Исследователи компании Sanofi начали проводить испытания некоторых усовершенствованных ими ЛНЧ на людях. Например, в исследовании, которое было начато в 2021 году, компания оценила два варианта ЛНЧ для доставки разрабатываемой ей мРНК-вакцины против гриппа. Согласно предварительным данным, одна липидная структура оказалась намного эффективнее для запуска иммунитета против гриппа. Об этом заявил в декабре 2021 года на мероприятии для инвесторов Фрэнк ДеРоса, руководитель отдела исследований и биомаркеров в Инновационном Центре мРНК компании Sanofi. Но та же ЛНЧ также провоцировала и более частые побочные эффекты при более высоких дозах.
Другие фирмы, такие как BioNTech и Arcturus Therapeutics, исследуют способы отказаться от полиэтиленгликоля — соединения, которое стабилизирует ЛНЧ. Однако это вещество также связывают с развитием некоторых типов побочных реакций на вакцинные препараты. Тем временем, другие компании сосредоточены на оптимизации структуры липидов [для доставки мРНК] в составе препаратов для лечения болезней, а не средств профилактики последних. Для этого необходимо транспортировать внутрь клеток мРНК, кодирующую белки, которые корректировали бы само заболевание. Однако перенос мРНК необходим именно в те клетки и ткани, где они требуются, а не только в печень, в которой, как правило, современные ЛНЧ-препараты оказываются после инфузии. По словам Доминика Витцигманна, соучредителя и исполнительного директора стартапа NanoVation Therapeutics, основанного Каллисом, совершенствование системы транспортировки мРНК посредством ЛНЧ станет ключом к реальному расширению влияния технологии мРНК на различные ткани.
Повышенное внимание к технологиям ЛНЧ наряду с прибылью, полученной от вакцин против COVID-19, вылилось в увеличение числа судебных разбирательств. Представители компании Alnylam, которая занималась разработкой первого одобренного препарата с технологией транспортировки ЛНЧ (это был препарат, вышедший на рынок в 2018 году и подавляющий экспрессию генов для лечения редкого нейродегенеративного заболевания) утверждают, что именно им принадлежат патенты на ключевые липидные компоненты вакцин компаний Moderna и Pfizer-BioNTech. А юристы компании Arbutus BioPharma — еще одной канадской фирмы, соучредителем которой является Каллис — требуют от Moderna возмещения убытков за нарушение патента на ЛНЧ с определенным химическим составом липидов.
Тем не менее, Джейкоб Шеркоу, патентный адвокат в области биотехнологий из Юридического Колледжа Университета Иллинойса, полагает, что эти тяжбы об интеллектуальной собственности вряд ли окажут тормозящее влияние на развитие технологии ЛНЧ. Он считает, что в эту затею уже вложено слишком много денег.