Forskere undersøger i øjeblikket bittesmå kapsler fyldt med RNA– og DNA-molekyler, som har evnen til at ramme syge celler præcist og omprogrammere dem indefra. Dette markerer et markant skift fra traditionelle piller og injektioner, idet disse genetiske behandlinger ikke blot lindrer symptomer, men arbejder på at reparere selve cellens defekte kode.
Udnyttelsen af nanopartikler til at levere genetisk materiale kan ændre fundamentalt på, hvordan vi håndterer sukkersyge, leversygdomme og Crohns sygdom. Faglige miljøer verden over er i fuld gang med at udvikle leveringsmekanismer, der kan ramme det beskadigede væv direkte og derved reducere uønskede bivirkninger i resten af kroppen.
Det helt store gennembrud for disse mikroskopiske transportører kom i kølvandet på udviklingen af mRNA-vacciner mod covid-19. Indeni disse vacciner findes en sårbar RNA-streng, som lynhurtigt ville blive nedbrudt i blodet uden den rette beskyttelse. Derfor pakkes den ind i en såkaldt lipidnanopartikel, hvilket er en mikroskopisk fedtkugle, der efterligner cellernes egen membran.
En dybdegående artikel udgivet i International Journal of Nanomedicine beskriver, at disse nanokapsler typisk måler omkring 100 nanometer i diameter. De er sammensat af forskellige lipider, kolesterol og en ydre PEG-belægning. Mens de bevarer deres struktur i blodets neutrale miljø, udløser den ændrede surhedsgrad inde i selve cellen et skift i den elektriske ladning, hvorefter RNA frigives præcis, hvor det skal bruges.
Tiden efter mRNA-vacciner: Sådan virker lipidnanopartikler
Både Pfizer-BioNTech og Moderna har bygget deres mRNA-vacciner på netop dette fundament. Allerede år forinden så man desuden godkendelsen af lægemidlet Onpattro, hvis aktive stof patisiran bruger korte RNA-sekvenser til at deaktivere et problematisk gen i leveren hos personer, der lider af en sjælden arvelig nervesygdom.
Man kan tænke på nanopartiklen som et yderst specialiseret bud. Den skærmer sin RNA-last under transporten, finder den korrekte modtager og afleverer pakken direkte i den berørte celle. Selve fedtlaget forhindrer, at enzymer nedbryder materialet, mens særlige kemiske tilpasninger af overfladen sørger for, at partiklen kan cirkulere længere i blodbanen uden at blive fjernet af immunforsvaret.
Forskningsteams i både USA og Europa undersøger indgående, hvordan den nøjagtige sammensætning af fedtstoffer påvirker frigivelseshastigheden af RNA, evnen til at krydse vævsbarrierer og risikoen for inflammation. Hvor den første bølge af vacciner mod SARS-CoV-2 krævede ekstrem kulde under opbevaring, er de nyere versioner designet til at tåle almindelig køleskabstemperatur, hvilket gør distributionen betydeligt nemmere.
Nuværende begrænsninger og fremtidige løsninger for nanokapsler
De lipidkapsler, vi bruger i dag, er dog ikke fejlfrie. Vores krop opfatter dem ofte som fremmedlegemer og har en tendens til at opsamle dem i leveren. Dette kan være gavnligt for visse behandlinger, men det udgør en stor udfordring, når medicinen egentlig skal målrettes lungerne eller hjertet. Samtidig er produktionsprocessen dyr, og visse sammensætninger kan vise sig at være en belastning for leverfunktionen.
På grund af disse forhindringer arbejdes der på højtryk for at skabe nye lipider og formler. Et forskerhold fra Oregon Health & Science University har analyseret over 150 forskellige materialer for at identificere nanopartikler, der primært leverer mRNA til lungerne. I dyreforsøg med mus viste disse partikler sig at kunne hæmme lungekræft og forbedre lungefunktionen i en model for cystisk fibrose.
Samtidig har eksperter ved Massachusetts Institute of Technology fremstillet ioniserbare lipider. Disse bevarer en neutral tilstand ved neutral pH-værdi, men bliver positivt ladede, når de rammer det let sure miljø i cellens endosom. Denne ladningsændring gør det langt nemmere for RNA at undslippe og nå ud i cytoplasmaet, hvor det enten kan omdannes til proteiner eller blokere specifikke gener.
Alternative transportveje for genetisk medicin
Fedtstoffer er langt fra den eneste løsning. Videnskaben udforsker i disse år en lang række alternative transportmekanismer, som hver især byder på unikke fordele til forskellige terapeutiske formål.
- Syntetiske polymerer som PLGA kan skræddersyes til at frigive medicin over kort eller lang tid, og kapslernes størrelse er yderst fleksibel.
- Materialer som guld, siliciumdioxid og jernoxider gør det muligt at spore behandlingen via skanninger eller ligefrem styre den udefra ved hjælp af magnetfelter.
- Kvanteprikker af kulstof måler under 10 nanometer, er meget opløselige i vand og viser generelt et utroligt lavt niveau af toksicitet.
- Ekstracellulære vesikler fungerer som naturlige
