Lipidne nanočestice: potcijenjeno otkriće iza revolucije u cjepivima – scienceborealis.ca
Lipidne nanočestice: potcijenjeno otkriće iza revolucije u cjepivima - scienceborealis.ca
Utrka u razvoju cjepiva za COVID-19 označila je početak novog poglavlja u medicini, u kojem ćemo imati lijekove za prethodno neizlječive bolesti, preciznije terapije i značajno ubrzan razvoj novih lijekova. Nova otkrića u RNK medicini u tom poglavlju igraju značajnu ulogu.
Ribonukleinska kiselina je komadić genetičkog koda. Različite vrste RNK imaju različite funkcije unutar stanice i mogu se koristiti u liječenju pomoću RNK kako bi unijele informacije o izradi novih proteina, “utišale” stanične gene koji čine štetu ili ne rade dobro, ili se spojiti na proteine kako bi usmjeravale njihovu funkciju. Ovaj način liječenja intenzivno je proučavan posljednjih desetljeća, ali tek sad je počeo ostvarivati svoj puni komercijalni potencijal.
Već i letimičan pogled na znanstvene časopise otkriva nebrojena istraživanja koja predlažu inovativna rješenja za probleme s kojima se već dugo nosimo. Neki od tih revolucionarnih lijekova već su u fazi kliničkih ispitivanja; uključuju imunoterapiju za HIV, genetičku terapiju za srpastu anemiju i personalizirana cjepiva za neke karcinome. U 2018. američki FDA dozvolio je upotrebu prvog RNK lijeka u SAD-u.
Nedavno je jedna vrsta RNK lijeka privukla iznimnu medijsku pažnju: mRNK cjepiva. Takvo cjepivo u tijelo unosi kod koji stanicama tijela govori kako da stvore specifičan protein i zatim stanicama prepušta ostatak posla. Messenger RNK je ključan posrednik pretvaranja informacija iz DNK u proteine. Kako naše stanice cijelo vrijeme stvaraju proteine iz mRNK, posjeduju svu potrebnu infrastrukturu za čitanje informacije iz cjepiva i sklapanje proteina na osnovu te informacije. Koristeći naše vlastite stanice kao male tvornice, mRNK cjepiva zaobilaze potrebu za kompleksnim fazama proizvodnje u laboratoriju, te izbjegavaju i rizike povezane uz cjepiva koja kao nositelje koriste cijele viruse, bilo da je riječ o oslabljenom patogenu ili virusu koji nas ne može zaraziti, ali može prenijeti u njega ubačenu informaciju o proteinu protiv kojeg želimo stvoriti imuni odgovor. Ta cjepiva nove generacije značajno smanjuju vrijeme i resurse potrebne za izradu gotovog cjepiva.
mRNK tehnologija omogućuje znanstvenicima i razvoj cjepiva bez potrebe za posjedovanjem samog virusa. Dapače, kad su znanstvenici u Wuhanu objavili puni genom COVID-19 virusa u siječnu 2020. godine, samo dva dana kasnije znanstvenici na drugom kraju Zemlje počeli su raditi na cjepivu – puno prije nego je virus proglašen globalnom opasnošću po zdravlje. Znanstvenici će zahvaljujući tom načinu rada biti u stanju razvijati cjepiva za buduće pandemije bez potrebe za čuvanjem i proučavanjem virusa u svom laboratoriju.
Valja reći i kako mRNK cjepiva možda ne bi ni danas bila dostupna bez jednostavnog i moćnog alata. Postoje dva glavna izazova u razvoju mRNK cjepiva. Kao prvo, mRNK uštrcana u tijelo treba biti transportirana do svog cilja: unutrašnjosti stanice. To nije trivijalan problem, jer mRNK u cirkulaciji biva razorena enzimima u roku od nekoliko minuta. Kao drugo, slobodna mRNK se sama po sebi ne prenosi u stanice u dovoljnoj mjeri da ima djelotvoran učinak.
Da bi mRNK “sakrili” od enzima, znanstvenici su razvili lipidne nanočestice: nanometarske kapljice tisuću puta manje od čestica prašine koje imaju funkciju prijevoznog sredstva, prenoseći mRNK tamo gdje treba stići.
Lipidne nanočestice imaju time dvostruku ulogu: štite mRNK od degradacije i poboljšavaju njihov unos u stanice. Sačinjene su od lipida koji nisu topivi u vodi, i tako štite sadržinu od vanjskih utjecaja. A kako su i naše stanične stijenke sačinjene najviše od lipida, njima kompatibilne lipidne nanočestice izvrstan su kandidat za transport sadržine u unutrašnjost stanice.
pH osjetljive lipidne nanočestice korištene u COVID-19 cjepivu sačinjene su od nekoliko vrsta lipida, svaki od njih važan za svoj dio posla oko prijenosa mRNK u stanicu. Osjetljivost nekih lipida na pH vrijednost (kiselost) okoline omogućuje nanočestici da se rastvori i oslobodi svoj sadržaj u pravo vrijeme i na pravom mjestu (unutar stanice).
Lipidi na površini nanočestice postaju pozitivno nabijeni kad dođu u kontakt sa endosomom, “kiselom” organelom čiji je zadatak transport sadržaja između membrana. Interakcija s “kiselim” endosomom uzrokovat će rastvaranje nanočestice i ispuštanje mRNK u stanicu, gdje stanična “mašinerija” odmah kreće u proizvodnju proteina na osnovu informacija pročitanih iz te mRNK.
Mješavina lipida u nanočestici može se čak i fino podešavati tako da svoju sadržinu isporuči u određene organe. Iako sve lipidne nanočestice sadrže lipide podložne ioniziranju, znanstvenici su otkrili da nanočestice s većim omjerom tih lipida izvrsno djeluju u jetri. Trajno kationički (pozitivno nabijeni) lipidi pogodni su za djelovanje u plćuima, a anionički (negativno nabijeni) lipidi najaktivniji su u slezeni.
Lipidne nanočestice postale su idealan kandidat za dostavu svih vrsta RNK u stanice, pretvarajući u stvarnost nešto o čemu su znanstvenici sanjali decenijama. Kanadska tehnologija otvorila je put za nove načine dostavljanja djelotvornih supstanci.
Krajem prošlog stoljeća, znanstvenik Pieter Cullis iz University of British Columbia učinio je pionirske korake u lipidnim nanočesticama osjetljivim na pH vrijednost okoline. Tvrtke koje je osnovao nastavile su razvoj i stvorile nanočestice koje danas koristimo u COVID-19 cjepivima. Tvrtka Acuitas odgovorna je za nanočestice korištene u Pfizer-BioNTechovom cjepivu. Precision Nanosystems Entos Pharmaceuticals i Providence Therapeutics također koriste lipidne nanočestice za razvoj COVID-19 cjepiva. Neka takva kanadska cjepiva već su u kliničkim ispitivanjima.
Postajući svjetskim vođom u RNK medicini, Kanada uspostavlja vlastitu farmaceutsku neovisnost. Razvojem centra za proizvodnju, Kanada će biti u stanju proizvoditi 240 milijuna doza bilo kakvog mRNK cjepiva godišnje.
Izvor: scienceborealis.ca
Autor: Nada Salem
Preveo: Radoslav Dejanović