Исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета (UChicago PME) сделали открытие, которое может расширить доступ к биологическим препаратам и вакцинам нового поколения. Они создали наночастицы на основе полимеров, которые формируются при простом изменении температуры — без использования агрессивных химикатов, специализированного оборудования и дополнительной обработки.
Новые наночастицы, описанные в Nature Biomedical Engineering, самособираются в воде при комнатной температуре и благодаря этим щадящим условиям могут доставлять белки, которые нестабильны во многих существующих составах наночастиц.
Что меня восхищает в этой платформе, так это её простота и универсальность. Просто нагревая образец с температуры холодильника до комнатной температуры, мы можем надёжно создавать наночастицы, готовые доставлять самые разные биологические препараты.
Стюарт Роуэн, соавтор исследования, профессор молекулярной инженерии имени Барри Л. Маклина в Притцкеровской лаборатории молекулярной инженерии Чикагского университета и научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории
От проблемы к платформе
Наночастицы играют ключевую роль в защите таких чувствительных препаратов, как РНК и белки, от разрушения в организме до того, как они попадут в нужные клетки. Например, липидные наночастицы (ЛНЧ), состоящие из жирных молекул, позволили создать мРНК-вакцины от COVID-19. Но для производства ЛНЧ используются спиртовые растворители и чувствительные производственные процессы, что делает их плохо подходящими для доставки белков и затрудняет масштабирование.
«Мы хотели создать систему доставки, которая могла бы работать как с РНК, так и с белковыми препаратами, потому что сейчас большинство платформ специализируются только на чём-то одном, — сказал первый автор исследования Самир Хоссаини, аспирант Чикагского университета. — Мы также хотели сделать её масштабируемой, без использования токсичных растворителей или сложной микрофлюидики».
Хоссейни выдвинул гипотезу о том, что наночастицы на основе полимеров могут стать более надёжной и настраиваемой альтернативой. Он описал необходимые характеристики: иммунная система реагирует только на частицы определённого размера, формы и заряда. Затем он использовал химические инструменты, чтобы создать новые наночастицы с нуля.
Перепробовав и доработав более десятка различных материалов, он нашёл тот, который подошёл. В холодной воде полимер и любой нужный белок оставались растворёнными. Но при нагревании до комнатной температуры полимер самоорганизовался в наночастицы одинакового размера (или «полимеромы»), окружающие молекулы белка.
«Размер и форма наших частиц определяются только химическим составом полимеров, которые я разработал с нуля, — объяснил Хоссейни. — Нам не нужно беспокоиться о том, что частицы будут разного размера, как это часто бывает с современными наночастицами».
Сахарная оболочка скрывает клеточную РНК от иммунной системы
Перевозка универсальных грузов
Чтобы протестировать новые полимеромы, Хоссейни работал с коллегами из лаборатории Роуэна, а также с бывшим профессором Чикагского университета Джеффри Хаббеллом, который сейчас работает в Нью-Йоркском университете. Сначала они показали, что частицы могут инкапсулировать более 75 % белка и почти 100 % короткой интерферирующей РНК (миРНК) — намного больше, чем в большинстве современных систем, — и что их можно высушить методом сублимационной сушки и хранить без охлаждения до тех пор, пока они не понадобятся.
В контексте вакцинации Хоссейни и его коллеги обнаружили, что полимеромы могут эффективно переносить белок и при введении мышам побуждать иммунную систему животных вырабатывать антитела к этому белку на длительный срок. Другой эксперимент показал, что наночастицы могут переносить белки, предназначенные для предотвращения иммунного ответа при аллергической астме. А третий эксперимент показал, что введение полимеромов в опухоли может блокировать гены, связанные с раком, и подавлять рост опухолей у мышей.
«Самое интересное, что нам не нужно было разрабатывать отдельную систему для каждого случая применения, — сказал Хоссейни. — Эта формула подходила для всего, что мы пробовали: белков, РНК, активации иммунитета, подавления иммунитета и прямого воздействия на опухоль».
Масштабируемое решение для вакцинации по всему миру
Одним из самых больших преимуществ новых полимеросом по сравнению с существующими липосомальными наночастицами является возможность их низкотехнологичного децентрализованного производства. Хоссейни говорит, что, по его мнению, сублимированные наночастицы можно будет доставлять в любую точку мира. Когда их нужно будет использовать, их можно будет развести в холодной воде, подогреть и сразу же вводить пациентам.
«Возможность хранить их в сухом виде значительно повышает стабильность РНК или белка», — сказал Хоссейни.
Группа продолжает работать над усовершенствованием частиц, чтобы они могли переносить больше типов грузов, в том числе матричную РНК, которая используется в вакцинах от COVID-19 (как правило, она намного крупнее миРНК, которая используется в текущем исследовании). Они также планируют сотрудничать в проведении доклинических испытаний, чтобы применить полимеромы для решения реальных проблем, связанных с доставкой вакцин или лекарств.
Источник:
Ссылка на журнал:
Хоссейни С., и др. (2025). Термообратимо собираемые полимеромы для высокоэффективной загрузки, обработки и доставки белковых препаратов и малых интерферирующих РНК. Nature Biomedical Engineering. doi.org/10.1038/s41551-025-01469-7.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся