Szczepionki to jeden z najważniejszych kamieni milowych w dziedzinie zdrowia publicznego, ponieważ co roku zapobiegają zachorowalności i śmiertelności milionom osób. Tradycyjnie technologia szczepionek skupiała się na żywych, atenuowanych lub inaktywowanych, ale nanotechnologia zrewolucjonizowała rozwój w tej dziedzinie.

W tym przypadku technologia nanocząstek lipidowych (LNP) okazała się wysoce obiecująca. Postęp w naukach medycznych ułatwił płynne włączenie nanotechnologii lipidowej do standardowej terapii, w tym opracowanie kilku szczepionek, które przyniosły godne uwagi wyniki.

Niedawne szczepionki przeciwko Covid-19 oparte na LNP zawierających mRNA sprawiły, że ta przełomowa technologia przestała być postrzegana jako badania spekulacyjne, a stała się czynnikiem przekształcającym leki i szczepionki genetyczne.

Historia nanotechnologii lipidów

Początki nanotechnologii lipidów sięgają roku 1965, kiedy to odkryto pierwsze liposomy. Te zamknięte dwuwarstwowe pęcherzyki lipidowe samoorganizują się w wodzie, tworząc kapsułki tłuszczowe.

Natychmiast dostrzeżono ich potencjał w zakresie dostarczania leków ze względu na ich zdolność do kapsułkowania leków drobnocząsteczkowych i zwiększania ich rozpuszczalności w wodzie, co jest kluczową zaletą, ponieważ ponad 40% tych środków ma niską rozpuszczalność w wodzie.

Od tego początkowego odkrycia technologia ewoluowała, w ramach ciągłych ulepszeń i udoskonaleń optymalizujących funkcjonalność nanocząstek lipidowych, co doprowadziło do stworzenia wysoce wszechstronnych platform dostarczania leków i leków liposomalnych.

Ogólnie rzecz biorąc, nanomedycyna obejmuje stosowanie nanocząstek i wykorzystanie lipidów ze źródeł naturalnych lub syntetycznych w diagnostyce, monitorowaniu, kontroli i leczeniu chorób. Istotną zaletą tej technologii jest możliwość dostosowania nanocząstek na bazie lipidów tak, aby przekraczały ograniczenia narzucane przez naturalne bariery biologiczne organizmu ludzkiego, systemowe lub komórkowe.

Nanotechnologia lipidów w opracowywaniu szczepionek

Wprowadzenie szczepionek wykorzystujących nanotechnologię lipidową stworzyło niezwykle skuteczną i innowacyjną platformę szczepionek. LNP są obecnie uważane za najbardziej wyrafinowany niewirusowy system dostarczania genów w zastosowaniu klinicznym.

Stanowią bezpieczną i wysoce efektywną metodę transportu kwasów nukleinowych, skutecznie pokonując istotne wyzwanie w opracowywaniu i stosowaniu leków i szczepionek genetycznych.

Przed globalnym rozprzestrzenieniem się wirusa Covid-19 szczepionki mRNA znajdowały się wciąż w początkowej fazie rozwoju w firmach biotechnologicznych, a technologia LNP odgrywała kluczową rolę w tych wysiłkach. Sukces szczepionek przeciwko Covid-19 udowodnił klinicznie możliwość dostarczania nanocząstek na bazie lipidów, demonstrując możliwości szybkiego projektowania, rozwoju i produkcji innych obiecujących leków genomowych.

Kluczową zaletą tej technologii jest możliwość dostosowania nanocząstek na bazie lipidów w celu przezwyciężenia nieodłącznych ograniczeń stwarzanych przez naturalne biologiczne bariery systemowe lub komórkowe organizmu ludzkiego. Biorąc pod uwagę ich modułową charakterystykę, substancje pomocnicze LNP można łączyć, dostosowywać i poprawiać podczas formułowania w celu wzmocnienia odpowiedzi immunologicznych.

W przypadku szczepionek przeciwko Covid-19 firma LNP była siłą napędową opracowania wyrafinowanych systemów dostarczania szczepionek. W szczepionce przeciwko Covid-19 opartej na mRNA nić mRNA jest sprzęgana z adiuwantem (w celu stymulacji odpowiedzi immunologicznej), a całość jest zamknięta w stabilnej matrycy nanoliposomów. Ten mRNA koduje białko krytyczne wirusa SARS-CoV-2. Kiedy nanocząsteczka lipidowa zostanie wprowadzona do organizmu, uruchamia produkcję białka kolczastego, które przyłącza się do błony komórkowej człowieka, działając jako antygen wywołujący odpowiedź immunologiczną.

To przygotowuje system obronny organizmu przed potencjalną infekcją. LNP odgrywają następnie kluczową rolę w utrzymaniu stabilności i ochrony nici mRNA przez cały proces dostarczania, ostatecznie zapewniając skuteczniejszą i zwiększoną odpowiedź immunogenną szczepionki.

Skuteczne zastosowanie LNP w szczepionkach mRNA przeciwko Covid-19 wywołało również ponowny entuzjazm w stosowaniu tej technologii do zwalczania innych chorób zakaźnych, takich jak malaria, gruźlica (TB) i ludzki wirus niedoboru odporności (HIV). Nanotechnologia ma szansę zrewolucjonizować zarówno diagnostykę, jak i leczenie tych chorób.

Możliwość dostosowania tej technologii oznacza, że ​​terapie zamknięte w liposomach, nanocząsteczkach polimerowych i kryształach nanoleków można podawać lokalnie lub ogólnoustrojowo, z przedłużonym lub natychmiastowym uwalnianiem. Potencjał innowacji jest ogromny.

Niemniej jednak badania skupiały się na konkretnych chorobach zakaźnych, takich jak HIV, w porównaniu z innymi, takimi jak malaria i gruźlica. W przeszłości brak wystarczających funduszy utrudniał postęp nanotechnologii w zaspokajaniu niezaspokojonych potrzeb medycznych. Sytuacja może jednak wkrótce ulec zmianie.

Według doniesień Uniwersytet Johnsa Hopkinsa opracowuje platformę usprawniającą produkcję nanocząstek lipidowych do dostarczania leków genowych, co potencjalnie sprawi, że proces będzie bardziej opłacalny. Ta przełomowa technologia jest obecnie stosowana do opracowania szczepionki przeciwko malarii, która jest wyraźnie ukierunkowana na pasożyta chorobotwórczego podczas jego cyklu życiowego w wątrobie.

Kolejnym niedawnym odkryciem jest odkrycie przez grupę naukowców z Wydziału Farmacji Leslie Dana Uniwersytetu w Toronto (Uniwersytetu) nowej, ulegającej jonizacji nanocząsteczki lipidowej, która pozwala na skupienie dostarczania mRNA przede wszystkim na tkance mięśniowej, jednocześnie zmniejszając ryzyko dostarczenia poza cel do innych tkanek.

Ta innowacyjna nanocząstka lipidowa, znana jako iso-A11B5C1, wykazuje niezwykłą skuteczność dostarczania mRNA do tkanki mięśniowej, jednocześnie minimalizując niezamierzoną translację mRNA w narządach takich jak wątroba i śledziona. Co więcej, odkrycia wskazują, że domięśniowe podanie mRNA w połączeniu z tym preparatem nanocząstek wywołało silną komórkową odpowiedź immunologiczną pomimo ograniczonej ekspresji odnotowanej w węzłach chłonnych.

Rząd musi zrobić więcej, aby wspierać innowacje

Przyszłość nanotechnologii lipidów jest obiecująca, zwłaszcza jeśli chodzi o rozwój szczepionek. Wykorzystanie tej technologii jako wektora dostarczania szczepionek mRNA przeciwko Covid-19 otworzyło kilka nowych możliwości eksploracji. Należy dokonać znaczących przełomów w leczeniu raka, leczeniu cukrzycy, leczeniu stwardnienia rozsianego, talasemii i chorób cywilizacyjnych. Aby w pełni uwolnić potencjał, rząd musi przyjrzeć się przyszłościowym terapiom celowanym i nowym systemom dostarczania leków, wspierając firmy zajmujące się futurystycznymi technologiami i terapiami.

Wprowadzenie programów i zachęt dla firm produkujących składniki lipidowe zapewni producentom wsparcie potrzebne do dalszego rozwoju tej technologii i wprowadzenia jej na rynek. Przydział środków na badania i rozwój technologii transformacyjnych i dostarczania nowatorskich leków (NDDS), dostarczania leków i leków biologicznych, ukierunkowanego dostarczania leków oraz terapii opartych na nanotechnologii otworzy nowe możliwości dla środowiska akademickiego i przemysłu.

Oczekuje się, że opracowanie bardziej wszechstronnych projektów nanonośników pozwoli zaspokoić istniejące i przyszłe potrzeby medyczne. Rządy i środowisko akademickie mogą odegrać kluczową rolę we wspieraniu dalszego postępu, zapewniając wsparcie regulacyjne i zachęty dla przedsiębiorstw do prowadzenia badań w tej dziedzinie. Dzięki połączonym wysiłkom można przyspieszyć postęp w nanotechnologii lipidów, co doprowadzi do innowacyjnych rozwiązań problemów związanych z opieką zdrowotną.

Artykuł został napisany przez Aruna Kedię, dyrektora zarządzającego VAV Lipids

(ZAstrzeżenie: wyrażone poglądy są wyłącznie poglądami autora i ETHealthworld.com niekoniecznie je subskrybuje. ETHealthworld.com nie ponosi odpowiedzialności za jakiekolwiek szkody wyrządzone jakiejkolwiek osobie/organizacji bezpośrednio lub pośrednio)