Pro/Ala/Ser (PAS) peptides as an alternative to polyethylene glycol (PEG) for the surface shielding of lipid nanoparticles (LNPs) carrying therapeutic mRNA

एक नन्हे डिलीवरी ट्रक की कल्पना करें, जो धूल के एक कण जितना भी बड़ा नहीं है, जिसे मानव कोशिका के हृदय तक एक नाजुक निर्देश पुस्तिका ले जाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह लिपिड नैनोपार्टिकल (lipid nanoparticle) है, एक सूक्ष्म वाहक जिसने आधुनिक चिकित्सा में क्रांति ला दी है, क्योंकि यह डॉक्टरों को आनुवंशिक संदेशों, जैसे कि mRNA टीकों में पाए जाने वाले संदेशों को सीधे वहां पहुँचाने की अनुमति देता है जहाँ उनकी आवश्यकता होती है। काम करने के लिए, इन ट्रकों को एक सुरक्षात्मक परत से ढका होना चाहिए, बिल्कुल एक ढाल की तरह, ताकि वे रक्तप्रवाह में स्थिर रह सकें और शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली को उन पर बहुत जल्दी हमला करने से रोका जा सके। वर्षों से, वैज्ञानिक इस ढाल को बनाने के लिए पॉलीइथाइलीन ग्लाइकॉल (polyethylene glycol) नामक एक सिंथेटिक प्लास्टिक जैसी पदार्थ, या PEG, पर निर्भर रहे हैं। यह प्रभावी है, लेकिन इसमें एक छिपा हुआ दोष है: क्योंकि यह एक विदेशी रसायन है जिसे शरीर तोड़ नहीं सकता, इसलिए यह कभी-कभी एलर्जी की प्रतिक्रिया पैदा कर सकता है या प्रतिरक्षा प्रणाली को दवा के अपना काम करने से पहले ही शरीर से बाहर निकाल सकता है। जैसे-जैसे अधिक लोग कॉस्मेटिक्स और प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थों जैसे रोजमर्रा के उत्पादों के माध्यम से PEG के संपर्क में आ रहे हैं, इन प्रतिक्रियाओं का जोखिम बढ़ता जा रहा है, जिससे शोधकर्ता एक सुरक्षित, अधिक प्राकृतिक विकल्प की खोज के लिए प्रेरित हो रहे हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, टेक्निकल यूनिवर्सिटी ऑफ म्यूनिख और XL-protein GmbH के वैज्ञानिकों की एक टीम ने इस सिंथेटिक ढाल के लिए एक जैविक विकल्प की खोज की। सिंथेटिक प्लास्टिक जैसे PEG का उपयोग करने के बजाय, उन्होंने मानव शरीर में पाए जाने वाले प्राकृतिक निर्माण खंडों की एक श्रृंखला की ओर रुख किया: तीन अमीनो एसिड की एक विशिष्ट अनुक्रम जिसे प्रोलाइन (proline), एलेनिन (alanine) और सेरीन (serine) कहा जाता है। वे इस श्रृंखला को PAS पेप्टाइड (PAS peptide) कहते हैं। सिंथेटिक पॉलीमर के विपरीत, यह प्राकृतिक श्रृंखला बायोडिग्रेडेबल (biodegradable) है, जिसका अर्थ है कि शरीर इसे आसानी से तोड़ सकता है और बिना कोई निशान छोड़े इसे हटा सकता है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे अपने लिपिड नैनोपार्टिकल ट्रकों पर सिंथेटिक PEG कोटिंग को इस प्राकृतिक PAS कोटिंग से बदल सकते हैं और फिर भी आनुवंशिक निर्देशों की उतनी ही उच्च गुणवत्ता वाली डिलीवरी प्राप्त कर सकते हैं।

इस विचार का परीक्षण करने के लिए, टीम को सबसे पहले खुद डिलीवरी ट्रक बनाने थे। उन्होंने एक नए प्रकार का लिपिड अणु बनाया जहाँ PEG की पूंछ को इन चालीस प्राकृतिक अमीनो एसिड की एक श्रृंखला द्वारा बदल दिया गया था, जिसे तटस्थ रखने के लिए एक सुरक्षात्मक समूह के साथ समाप्त किया गया था। फिर उन्होंने इस नए लिपिड को अन्य मानक सामग्रियों के साथ मिलाकर नैनोपार्टिकल्स बनाए, ठीक उसी रेसिपी का पालन करते हुए जिसका उपयोग स्थापित, स्वीकृत दवाओं के लिए किया जाता है। उन्होंने जिस कार्गो (cargo) को परीक्षण के लिए चुना, वह एक विशिष्ट प्रोटीन बनाने के निर्देशों का एक सेट था, जो माउस इंटरफेरॉन (mouse interferon) का एक संशोधित संस्करण है, जो एक प्रकार का प्रतिरक्षा संकेतक अणु है। उन्होंने प्रोटीन में एक छोटा सा टैग भी शामिल किया, जैसे कि एक नाम का बैज, ताकि वे बाद में इसे आसानी से ट्रैक कर सकें।

शोधकर्ताओं ने फिर इन नए ट्रकों को प्रयोगशाला में उगाई गई मानव यकृत कोशिकाओं (human liver cells) में पेश किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या कोशिकाएं ट्रक के अंदर के निर्देशों को पढ़ सकती हैं और प्रोटीन का उत्पादन कर सकती हैं। परिणाम उत्साहजनक थे। कोशिकाओं ने सफलतापूर्वक नैनोपार्टिकल्स को ग्रहण किया और प्रोटीन का निर्माण करना शुरू कर दिया, जिसे उन्होंने आसपास के तरल में छोड़ दिया। जब टीम ने अपने नए PAS-कोटिंग वाले ट्रकों की तुलना पारंपरिक PEG से ढके ट्रकों के प्रदर्शन से की, तो अंतर आश्चर्यजनक रूप से कम था। दोनों प्रकार के ट्रक आकार में लगभग समान थे, जिनका व्यास 85 और 120 नैनोमीटर के बीच था, और दोनों ने अपने आनुवंशिक कार्गो को समान दक्षता के साथ ले जाया, जिसमें उपलब्ध निर्देशों का लगभग आधा हिस्सा अंदर कैद था। उनकी सतह पर विद्युत आवेश (electrical charge) भी समान था, जो उन्हें स्थिर रहने और आपस में जुड़ने से बचने में मदद करता है।

महत्वपूर्ण रूप से, अध्ययन ने प्रतिरक्षा पहचान (immune recognition) के मुद्दे को संबोधित किया। टीम ने परीक्षण किया कि क्या नए ट्रकों को प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा पुराने ट्रकों के रूप में पहचाना जाएगा। उन्होंने पाया कि PEG को खोजने के लिए डिज़ाइन किए गए एंटीबॉडीज नए PAS-कोटिंग वाले ट्रकों के प्रति बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करते थे। इसके विपरीत, प्राकृतिक PAS श्रृंखला को पहचानने के लिए डिज़ाइन किए गए एंटीबॉडीज केवल नए ट्रकों के साथ प्रतिक्रिया करते थे, पुराने PEG वाले ट्रकों के साथ नहीं। इसने पुष्टि की कि दोनों कोटिंग्स रासायनिक रूप से भिन्न हैं और नए ट्रक उन्हीं प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर नहीं करेंगे जो सिंथेटिक वाले करते हैं। इसके अलावा, जब उन्होंने मापा कि कोशिकाओं ने कितना प्रोटीन बनाया, तो PAS-कोटिंग वाले ट्रक PEG-कोटिंग वाले संस्करणों के समान ही, और कुछ मामलों में उनसे थोड़ा बेहतर प्रदर्शन करते थे।

शोधकर्ताओं ने अपने नए पदार्थों की शुद्धता को भी देखा। वर्तमान दवाओं में उपयोग किए जाने वाले सिंथेटिक PEG श्रृंखलाएं एकसमान नहीं होती हैं; वे अलग-अलग लंबाई की श्रृंखलाओं का मिश्रण हैं, जैसे कि रस्सियों का एक ढेर जहाँ कुछ कुछ इंच लंबी होती हैं। इसके विपरीत, टीम द्वारा बनाई गई प्राकृतिक PAS श्रृंखलाएं पूरी तरह से एकसमान हैं, जिसमें हर एक श्रृंखला बिल्कुल एक ही लंबाई की है। यह निरंतरता उच्च गुणवत्ता वाली दवाओं के निर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ हो सकती है। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि ये प्राकृतिक पेप्टाइड कोटिंग्स इस सिंथेटिक PEG ढाल के एक व्यवहार्य, बायोडिग्रेडेबल विकल्प हैं। वे बिना शरीर में संचय के जोखिम या प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं की संभावना के, समान सुरक्षात्मक लाभ प्रदान करते हैं, जो भविष्य के लिए सुरक्षित और अधिक सहनशील आनुवंशिक उपचारों की दिशा में एक मार्ग का सुझाव देते हैं।