КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-25-00165
НазваниеНовая платформа для создания мРНК-содержащих вакцин на основе полимерных и липосомальных носителей для задач генотерапии c использованием микрофлюидных чипов
Руководитель Шишлянников Сергей Михайлович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург
Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина
Ключевые слова липид-полимерные гибридные наночастицы, полигидроксиалканоат, катионные липиды, мРНК, микрофлюидные технологии
Код ГРНТИ76.03.41
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
При разработке средств доставки терапевтических нуклеиновых кислот c использованием невирусных носителей такие системы при применении in vitro и в особенности, in vivo сталкиваются с многочисленными биологическими барьерами, которые снижают их терапевтическую эффективность. Несмотря на достигнутый прогресс в этой области остается значительный технологический пробел, который продолжает ограничивать их масштабное клиническое применение. На сегодняшний день использование биосовместимых полимерных материалов в качестве средств доставки нуклеиновых кислот несет в себе большой потенциал в отношении разработки препаратов для генотерапии.
Эффективность инкапсуляции мРНК, размер получаемых наночастиц, их стабильность и биодоступность, а также итоговая стоимость производства являются основными критериями, препятствующими их масштабному терапевтическому применению. Предлагаемый проект направлен на разработку метода получения липид-полимерных наночастиц на основе биоразлагаемого полимера полигидроксиалканоата и катионного липида с использованием микрофлюидных технологий, которые позволяют создавать наночастицы заданного размера и обеспечивают инкапсуляцию целевой мРНК для эффективной внутриклеточной доставки in vitro и in vivo. Для этих исследований будут использованы сополимер полигидроксиалканоата с политэтиленгликолем и стандартные коммерчески доступные ионизируемые липиды. Данный проект направлен на потребности в разработке эффективной технологии быстрого получения гомогенных липид-полимерных гибридных наночастиц для широкого спектра терапевтических средств на основе мРНК, включая вакцины. Липид-содержащие наночастицы (ЛНЧ) являются наиболее эффективным невирусным средством доставки нуклеиновых кислот (в том числе РНК-вакцин), одобренным к применению регуляторными органами США и ЕС. В России в настоящее время одобренные РНК-вакцины (и их средства доставки) отсутствуют, хотя огромный потенциал и взрывной рост интереса к ним со стороны как академического научного сообщества, так и крупнейших фарм-компаний очевиден.
Данный проект нацелен на преодоление определённого научно-технологического отставания РФ в этой важной области. Будет разработана технология получения липид-полимерных наночастиц (ЛПН), полигидроксиалканоата и липидных композиций. Будет проведена химическая модификациия (пэгилирование) полимера для гидрофилизации и увеличения коллоидной стабильности наночастиц. При производстве ЛПН будет использован полностью оригинальный микрофлюидный чип, созданный в Академическом Университете. Будут протестировано несколько композиций коммерчески доступных липидов для создания «классических» липосомальных наночастиц и проведено сравнение эффективности доставки модельной мРНК, кодирующей зеленый флуоресцентный белок (eGFP) с полученными нами полимер-липидные наночастицами.
По итогу выполнения проекта, будет получена новая технология получения наночастиц для эффективной доставки мРНК на основе полимерных и липосомальных носителей для задач генотерапии c использованием новых микрофлюидных чипов. Эти результаты будут полностью соответствовать мировому уровню, иметь высокую новизну, огромное практическое значение и существенно способствовать биотехнологическому прогрессу России и обеспечению ее биобезопасности.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Зубков И. Н., Высочинская В.В., Кашина А.В, Шишлянников С.М.
Получение наночастиц mcl-полигидроксиалканоатов, стабилизированных неионогенным детергентом Tween 80
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, том 13 № 3 (год публикации - 2023)
10.21285/2227-2925-2023-13-3-454-460
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В прошлом году нами было показано, что амфифильные соединения, такие как Tween-80 и катионные липосомы 2X3-DOPE могут стабилизировать гидрофобный полимер mcl-PHA в водном растворе, с образованием мицеллиарных и гибридных полимер-липидных наноструктур соответственно. В этом году мы показали, что полимер-липидные наночастицы (ПЛН), полученные с использованием катионных липосом 2X3, хэлперного липида DOPE и гидрофобного полимера mcl-PHA, выделенного из почвенной бактерии Pseudomonas helmantisensis P1, эффективно инкапсулируют и доставляют модельную мРНК-eGFP в клетки BHK-21. Токсикологические исследования показали, что ПЛН с мРНК не токсичен для линии клеток BHK-21. Нами показано, что при образовании комплексов мРНК с полимер-липидными наночастицами происходит значительное уменьшение поверхностного заряда до отрицательных значений, при этом наблюдаемая инверсия заряда не зависит от отношения N/P и остается отрицательным даже при 30-кратном молярном избытке положительно заряженных атомов азота по отношению к отрицательно заряженным фосфатным группам. Мы полагаем, что эффективная трансфекция мРНК с использованием ПЛН может быть объяснена стабильным гидрофобными взаимодействиями между ламинарными липидными структурами, образованными 2X3 и DOPE и гидрофобным полимером mcl-PHA. Более того, отрицательный заряд на поверхности полиплекса может повысить эффективность доставки мРНК in vivo. Можно предположить, что наличие отрицательного ζ-потенциала повышает стабильность полученных полиплексов во время исследований in vivo что может исключить дополнительную модификацию полимер-липидных частиц с помощью полиэтиленгликоля, который экранирует положительный заряд катионных липидных носителей мРНК и предотвращает взаимодействие носителей с различными отрицательно-заряженными белками в кровотоке (например, альбумин).
Впервые было показано положительное влияние гидрофобного полимера mcl-PHA на стабильность гибридных полимер-липидных наночастиц в ионных растворах сильных электролитов. Мы провели сравнительное исследование влияния ионной силы на размер и полидисперсность (PDI) двух видов носителей – 2X3-DOPE (1:3) и PHA-2X3-DOPE (1:3). Исследование физических параметров частиц выявило обратные корреляции для катионных липосом и полимер-липидных наночастиц при увеличении концентрации ионов натрия в водном растворе. Нами показано, что при увеличении концентрации ионов Na+ значения размеров и индекса полидисперсности у катионных липосом увеличиваются, и при концентрациях ионов натрия 75 мМ и 150 мМ они агрегируют. При этом для частиц, содержащих mcl-PHA, происходит уменьшение значения индекса полидисперсности, и частицы стабильны в данном растворе в течение 120 ч. Полученные результаты показывают, что ПЛН обладают потенциалом для дальнейших in vivo исследований внутриклеточной доставки нуклеиновых кислот.
Публикации
1.
Шишлянников С.М., Зубков И.Н., Высочинская В.В., Гаврилова Н.В., Добровольская О.А., Елпаева Е.А., Маслов М.А., Васин А.В.
Stable Polymer-Lipid Hybrid Nanoparticles Based on mcl-Polyhydroxyalkanoate and Cationic Liposomes for mRNA Delivery
Pharmaceutics , Pharmaceutics 2024, 16(10), 1305; (год публикации - 2024)
10.3390/pharmaceutics16101305
Возможность практического использования результатов
Результаты, полученные в рамках данного проекта, позволяют сосредоточиться на оптимизации дизайна полимер-липидных частиц для практических применений в области лечения различных вирусных, инфекционных и онкологических заболеваний с использованием мРНК-технологий и других медицинский применений:
1. Внутриклеточная доставка нуклеиновых кислот: Как мы продемонстрировали, наночастицы, созданные в рамках этого проекта, являются эффективными носителями мРНК, способными преодолевать биологические барьеры для доставки генетического материала внутрь клеток. Это открывает новые горизонты для разработки мРНК вакцин и генной терапии. Липидный компонент ПЛН особенно полезен в вакцинных формулах, обеспечивая надежную платформу для доставки антигенов, что способствует активации иммунного ответа.
2. Противораковая терапия: ПЛН могут быть адаптированы для доставки химиотерапевтических агентов непосредственно к опухолевым участкам, что позволяет минимизировать системную токсичность и максимизировать местную эффективность. Липидный слой может способствовать целенаправленной доставке, повышая терапевтический потенциал.
3. Биовизуализация: ПЛН также могут быть использованы в приложениях визуализации благодаря своей способности инкапсулировать агенты визуализации, что делает их привлекательными для диагностики различных заболеваний.
Понимание механизмов, отвечающих за прицельную доставку терапевтических соединений с помощью гибридных полимер-липидных наночастиц, будет способствовать проведению клинических испытаний для оценки их безопасности и результативности.Новые средства доставки терапевтических соединений, разработанные в рамках данного проекта, открывают новые горизонты для различных исследовательских групп, позволяя им создавать научно-практические подходы к лечению вирусных, инфекционных и онкологических заболеваний.
В целом, продолжение научных исследований и клинических испытаний будет иметь решающее значение для решения актуальных проблем и полного раскрытия потенциала инновационной технологии, предложенной в этом проекте.