Az mRNS-oltások alig ismert hősei

Óriási a potenciál a lipid nanopartikulumok technológiájában

A koronavírus-pandémia miatt az mRNS-oltások iránt akkora az igény, ami egyedülálló a gyógyszeriparban. Napjaink sztárvakcinái a sikerüket legalább annyira köszönhetik az évtizedek munkájával kifejlesztett lipid nanopartikulumoknak, mint a bennük megbújó nukleinsav-molekuláknak.

A hírvivő RNS-molekulák sérülékenyek, a szervezetbe jutva hamar lebontják őket az enzimek, sőt önmagukban a célsejtekhez sem képesek eljutni. A nagyméretű mRNS-molekulák ráadásul negatív töltésűek, így nem tudnak belépni a sejtekbe. Szerencsére azonban már azelőtt elkezdték a különböző lipidmolekulákból álló gyógyszerhordozó gömböcskék fejlesztését, hogy az mRNS-terápiának akár az ötlete is felvetődött volna. A lipid nanopartikulumok technológiájába az elmúlt három évized során dollármilliárdokat fektettek. 

Négy összetevő

A ma már jól működő technológia kifejlesztése során rengeteg akadályt kellett legyőzni, míg kikristályosodott a csak látszólag egyszerű, mindössze négy hozzávalót alkalmazó módszer. A nanopartikulum belsejében elhelyezkedő, negatív töltésű mRNS-molekulákat ionizálható, kationos lipidmolekulák veszik körül, ezek körül a struktúrát biztosító foszfolipid- és koleszterinmolekulák találhatók, míg a külső burok a gömböcske élettartamát és méretét kontrolláló pegilált lipidekből áll. A négyféle lipidmolekula közül a kationos lipideket a legnehezebb előállítani (a koronavírus-vakcina gyártása során is ez a szűk keresztmetszet), továbbá ezek a legfontosabbak is. A három évtizednyi fejlesztés során a legtöbbször ezekkel adódott gond, ezek voltak a leginkább felelősök azért, hogy az ígéretes nanopartikulumok rendre elbuktak az állatkísérletekben és a humán vizsgálatokban. A pozitív töltésű lipidek ugyanis erőteljesen toxikusak.

123rf.com

A nanopartikulumok második legfontosabb összetevőinek, a pegilált lipideknek a részecskeméret szabályozásán felül egyéb funkciójuk is van: megakadályozzák, hogy a golyócskák tárolás közben összeolvadjanak, és kezdetben a szervezet antitestjei elől is elrejtik őket. Mivel azonban hosszabb élettartamot biztosítanak a nanopartikulumoknak, annak az esélyét is növelik, hogy végül az immunrendszer mégiscsak támadást indítson ellenük.

A sejten kívüli ártalmatlanság biztosítéka

A lipid nanopartikulumok ősei a sokkal egyszerűbb liposzómák voltak, amiket a toxikus kemoterápiás szerek tumorba juttatása érdekében kezdtek használni. A liposzómák esetén a gyógyszer egy egyszerű lipidgömbbe van zárva, amely a sejthártyába olvadva a citoplazmába önti a szert. Az amerikai gyógyszerhatóság 1995-ben engedélyezte az első ilyen készítményt, majd a kutatók érdeklődése inkább a nukleinsavak célsejtekhez történő szállítása felé fordult.

A nukleinsav-terapeutikumok fejlesztésénél rögtön felmerült az a probléma, hogy a negatív töltésű nukleinsavakat valamilyen pozititív töltésű molekulával kell kiegyensúlyozni. A természetben azonban nincsenek kationos lipidek, és ha lennének is, azonnal széttépnék a sejtmembránokat. A megoldás az lett, hogy újfajta lipideket hoztak létre – mondta a fejlesztést irányító Pieter Cullis nanorészecske-kutató az eredményről beszámoló Chemical&Engineering News nevű szaklapnak.

Lipidgömbbe csomagolva

Az ionizálható, kationos lipidmolekuláknak csak bizonyos körülmények között van töltésük: savas pH-n pozitív töltésűek, de a vérben semlegesek. A lipid nanopartikulumok receptormediált endocitózissal jutnak a sejtekbe, miután a sejtek egy még nagyobb lipidgömbbe, az endoszóma nevű sejtszervecskébe csomagolják őket. Az ionizálható lipidmolekulák az endoszóma savas belső terében válnak pozitív töltésűvé, majd a feltételezések szerint ez a pozitív töltés okozza, hogy a nanopartikulumok végül kiszabadulnak az endoszómából, és nukleinsav-tartalmuk a citoplazmába jut.

Az első nukleinsavak, amelyeket a 2000-es évek elején lipid nanopartikulumokba kezdtek csomagolni, a kis interferáló RNS-ek voltak (siRNS). Ezeket a körülbelül 20 bázispárból álló, duplaszálú molekulákat szelektív géncsendesítésre használják, és egy-egy lipidgömbbe több száz is kerül (az mRNS-oltásokban egy-egy nanopartikulum csak néhány darab, viszont több ezer bázishosszúságú RNS-molekulát tartalmaz). Az első befogadott szer, amely lipid nanopartikulum csomagolásában ért el a célsejtekhez, szintén siRNS-terapeutikum, a 2018 óta kapható és az öröklődő transztiretin-mediált amiloidózis kezelésére szolgáló patisiran volt.

Szervspecifikus célba juttatás

A jövő reménységévé azonban mégsem az siRNS-, hanem az mRNS-technológia vált, mivel jóval többet ígér: mind a 2008-ban alapított BioNTech, mind a 2010 óta működő Moderna szerint mRNS-technológiával lehetséges megtermeltetni a szervezettel bármilyen fehérjét, akár terápiás, akár prevenciós célból. A siRNS-technológia nanopartikulumai jó kiindulópontként szolgáltak az mRNS-technológia kifejlesztéséhez, de kihívást jelentett, hogy a hosszú mRNS-molekulák komplex formákat tudnak felvenni, ami nehezen előrejelezhetővé tette nanopartikulumaik tulajdonságait. A problémákat a négyféle lipidösszetevő arányának változtatásával sikerült áthidalni.

A nanopartikulákat alkalmazó technológia az mRNS-ek sejtbe juttatásán kívül a jövőben a DNS-génterápiák és a CRISPR génszerkesztéssel működő módszerek kivitelezésében is alapvető szerepet játszik majd. A fejlesztésben a kationos és a pegilált lipidek után a koleszterin alternatív változatainak létrehozása következik, mert az óriási mértékben javíthatja a szállítás hatékonyságát  ‒ állítja Gaurav Sahay, a Chemical&Engineering Newsnak nyilatkozó másik nanorészecske-kutató.

A nanopartikulák negyedik féle lipidje, a foszfolipid további fejlesztése pedig azt eredményezheti, hogy a nanorészecskék képesek lesznek meghatározott típusú sejteket és szöveteket elérni. Most ugyanis a nanopartikulák intravénás alkalmazásával csak a máj érhető el könnyedén (a szervezet a nanopartikulákat összetéveszti az alacsony denzitású lipoproteinekkel, és a májba szállítja őket, ahol a májsejtek LDL-receptorai segítségével zajlik az endocitózis), míg az intramuszkulárisan alkalmazott mRNS-vakcinák nanopartikuláit az immunsejtek veszik fel. Néhány vállalat már ma is kísérletezik nanopartikulákba csomagolt terapeutikumok tüdőbe juttatásával (aeroszol formájában), azonban egyelőre a test többi része célzottan nem elérhető.

Az igény azonban hatalmas erre, és az elemzők szerint az mRNS-vakcinák nem várt, óriási sikere minden bizonnyal elegendő lökést fog biztosítani a lipid nanopartikulumok szervspecifikus célba juttatását lehetővé tevő technológia kifejlesztéséhez.

dr. Kazai Anita
orvos