Tuning siRNA packing order in lipid nanoparticles modulates oligonucleotide functional delivery
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि कम सघन, निम्न-क्रम वाले siRNA पैकिंग के पक्ष में लिपिड नैनोपार्टिकल संरचना को ट्यून करना एंडोसोमल फ्यूजन और कार्गो रिलीज को बढ़ाता है, जिससे siRNA चिकित्सीय की कार्यात्मक डिलीवरी और साइलेंसिंग क्षमता में महत्वपूर्ण सुधार होता है।
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कल्पना कीजिए कि एक डिलीवरी सेवा को एक लॉक किए गए भवन के अंदर एक नाजुक पैकेज छोड़ना है। पैकेज में एक विशिष्ट मशीन को बंद करने के निर्देश शामिल हैं। यदि डिलीवरी वाहन बहुत मजबूत है, तो यह दरवाजे को तोड़कर अंदर तो घुस सकता है लेकिन पैकेज खोलने में विफल हो सकता है। यदि यह बहुत नाजुक है, तो दरवाजे तक पहुँचने से पहले ही यह बिखर सकता है। वर्षों से, लिपिड नैनोपार्टिकल्स (lipid nanoparticles)—जो कि कोशिकाओं के भीतर siRNA जैसी जेनेटिक मेडिसिन ले जाने के लिए उपयोग किए जाने वाले वसा-आधारित सूक्ष्म गोले हैं—विकसित करने वाले वैज्ञानिक इसके बाहरी आवरण पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। उन्होंने इन गोलों को रक्तप्रवाह में स्थिर बनाने और सेल मेम्ब्रेन के साथ जुड़ने में सक्षम बनाने के लिए रासायनिक सामग्रियों में बदलाव किया है। फिर भी, इन सफलताओं के बावजूद, एक बड़ी बाधा बनी हुई है: अधिकांश जेनेटिक कार्गो कोशिका के आंतरिक होल्डिंग चैंबर्स से बाहर निकलकर अपने लक्ष्य तक नहीं पहुँच पाता है। सवाल यह था कि क्यों कुछ डिलीवरी वाहन काम करते हैं जबकि अन्य, जो बाहर से लगभग एक जैसे दिखते हैं, पूरी तरह से विफल हो जाते हैं।
कोपेनहेगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन वाहनों के भीतर झाँककर इसका उत्तर खोजने का प्रयास किया। इन कणों के अरबों औसत गुणों को एक साथ मापने के बजाय, उन्होंने एक-एक करके व्यक्तिगत कणों को देखने का तरीका विकसित किया। उन्होंने वसा के आवरणों और उनके भीतर मौजूद जेनेटिक कार्गो को अलग-अलग चमकते हुए रंगों (dyes) से लेबल किया, जिससे वे प्रत्येक गोले के आकार को देख सके और ठीक से गिन सके कि उसमें जेनेटिक सामग्री के कितने टुकड़े थे। सैकड़ों हजारों कणों की इमेजिंग करके, उन्होंने पाया कि कार्गो की आंतरिक व्यवस्था यादृच्छिक (random) नहीं है। कण कार्गो के भीतर कितनी सघनता से पैक है, इसके आधार पर दो अलग-अलग समूहों में आते हैं। एक समूह में कार्गो व्यवस्थित, परतदार स्टैक के रूप में है, जबकि दूसरे समूह में कार्गो ढीला, अव्यवस्थित और अमोर्फस (amorphous) गुच्छे के रूप में है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि यह आंतरिक व्यवस्था तय करती है कि दवा काम करेगी या नहीं। विरोधाभासी रूप से, वे कण जिनमें कार्गो व्यवस्थित और अत्यधिक संगठित था, वे काफी हद तक अप्रभावी रहे। भले ही वे बहुत अधिक जेनेटिक सामग्री ले जा रहे थे, लेकिन वह सामग्री वहीं फंसी रही और अपना काम करने के लिए बाहर नहीं निकल सकी। इसके विपरीत, ढीले और अव्यवस्थित पैकिंग वाले कण लक्षित जीन को साइलेंस करने में कहीं अधिक सफल रहे। ये "लो-ऑर्डर" (low-order) कण औसतन कम कार्गो ले जाते थे, लेकिन कोशिका के भीतर पहुँचने के बाद उन्होंने जो कुछ भी लिया था, उसे बहुत कुशलता से रिलीज कर दिया। अध्ययन ने दिखाया कि डिलीवरी को अनलॉक करने की कुंजी केवल वसा के आवरण की रासायनिक रेसिपी नहीं थी, बल्कि उसके भीतर कार्गो की भौतिक अवस्था थी। निर्माण प्रक्रिया के दौरान धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों (charges) के अनुपात को बदलकर, टीम इस संतुलन को दो अवस्थाओं के बीच बदल सकती थी। जब उन्होंने प्रक्रिया को ढीली, अव्यवथित पैकिंग के पक्ष में ट्यून किया, तो चिकित्सीय प्रभाव काफी बढ़ गया।
यह कार्य बताता है कि यह लंबे समय से चली आ रही धारणा कि अधिक कार्गो का अर्थ बेहतर डिलीवरी है, गलत है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि एक सघन रूप से पैक, अत्यधिक व्यवस्थित संरचना एक बाधा के रूप में कार्य करती है, जो जेनेटिक निर्देशों को कोशिका के आंतरिक जाल से बाहर निकलने से रोकती है। हालांकि, ढीली, अव्यवस्थित संरचना, कोशिका के भीतर के अम्लीय वातावरण के प्रति अधिक प्रतिक्रियाशील प्रतीत होती है, जिससे सही समय पर कार्गो बाहर निकल पाता है। टीम ने जीवित कोशिकाओं में विभिन्न फॉर्मूलेशन का परीक्षण करके इसकी पुष्टि की। उन्होंने देखा कि ढीले कणों वाले फॉर्मूलेशन से उपचारित कोशिकाओं में लक्षित प्रोटीन में स्पष्ट कमी आई, जबकि पूरी तरह से अत्यधिक व्यवस्थित कणों वाले फॉर्मूलेशन से उपचारित कोशिकाओं में कोई मापने योग्य कमी (knockdown) नहीं देखी गई, भले ही उन्होंने डिलीवरी वाहन की समान मात्रा ली थी।
अध्ययन ने यह भी स्पष्ट किया कि कण का आकार यह अनुमान नहीं लगाता कि वह कितना कार्गो रखता है या वह कितनी अच्छी तरह काम करता है। एक ही आकार के दो कण बहुत अलग मात्रा में जेनेटिक सामग्री ले जा सकते हैं, और बहुत अधिक कार्गो वाला कण भी उसे पहुँचाने में विफल हो सकता है। शोधकर्ताओं ने इन विविधताओं को मैप करने के लिए उन्नत माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया, जिससे पता चला कि आंतरिक वास्तुकला एक विशिष्ट, मापने योग्य गुण है जिसे नियंत्रित किया जा सकता है। उन्होंने दिखाया कि सामग्रियों के संतुलन को बदलकर, विशेष रूप से लिपिड घटकों और जेनेटिक कार्गो के अनुपात को बदलकर, वे कण को ढीली, कार्यात्मक अवस्था अपनाने के लिए प्रोग्राम कर सकते हैं। यह खोज इन दवाओं को डिजाइन करने का एक नया तरीका प्रदान करती है, जो रासायनिक रेसिपी के साथ 'ट्रायल-एंड-एरर' (trial-and-error) से आगे बढ़कर डिलीवरी वाहन की भौतिक संरचना पर सटीक नियंत्रण की ओर ले जाती है।
इन निष्कर्षों के निहितार्थ RNA थेरेप्यूटिक्स के विकास के लिए व्यावहारिक और तत्काल हैं। शोधकर्ताओं ने स्थापित किया कि "लो-ऑर्डर" अवस्था ही सफल जीन साइलेंसिंग की ओर ले जाती है। उन्होंने सिद्ध किया कि यह अवस्था कोई दुर्लभ दुर्घटना नहीं है बल्कि एक पुनरुत्पादित परिणाम है जिसे निर्माण स्थितियों को समायोजित करके अनुकूलित किया जा सकता है। अध्ययन ने इस विचार को खारिज कर दिया कि केवल कार्गो की मात्रा बढ़ाना या बाहरी आवरण की सामग्री बदलना पर्याप्त है; आंतरिक पैकिंग का सही होना आवश्यक है। हालांकि टीम ने उल्लेख किया कि इन निष्कर्षों को अधिक जटिल जीवित प्रणालियों में परीक्षण करने की आवश्यकता है, लेकिन उनके द्वारा विकसित विधि ने इन कणों के भीतर देखने और उन्हें अनुकूलित करने का एक स्पष्ट, मात्रात्मक तरीका प्रदान किया है। अब आगे का रास्ता केवल यह अनुमान लगाने के बारे में नहीं है कि कौन सा रासायनिक मिश्रण सबसे अच्छा काम करेगा, बल्कि यह सुनिश्चित करने के लिए आंतरिक विकार (disorder) को ट्यून करने के बारे में है कि जेनेटिक संदेश सफलतापूर्वक पहुँचाया जाए।
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