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

Immaginate un minuscolo camioncino per le consegne, grande quanto un granello di polvere, progettato per trasportare un fragile manuale di istruzioni nel cuore di una cellula umana. Questo è la nanoparticella lipidica, un vaso microscopico che ha rivoluzionato la medicina moderna permettendo ai medici di consegnare messaggi genetici, come quelli presenti nei vaccini a mRNA, direttamente dove sono necessari. Per funzionare, questi camioncini devono essere rivestiti da uno strato protettivo, proprio come uno scudo, per mantenerli stabili nel flusso sanguigno e impedire al sistema immunitario del corpo di attaccarli troppo velocemente. Per anni, gli scienziati si sono affidati a una sostanza sintetica simile alla plastica chiamata polietilenglicole, o PEG, per creare questo scudo. È efficace, ma ha un difetto nascosto: poiché è una sostanza chimica estranea che il corpo non può scomporre, può talvolta scatenare reazioni allergiche o causare l'eliminazione del farmaco dal corpo da parte del sistema immunitario prima che possa svolgere il suo compito. Poiché sempre più persone sono esposte al PEG attraverso prodotti quotidiani come cosmetici e alimenti trasformati, il rischio di queste reazioni aumenta, spingendo i ricercatori a cercare un'alternativa più sicura e naturale.

In uno studio recente, un team di scienziati della Tecnica di Monaco di Baviera e di XL-protein GmbH ha esplorato un sostituto biologico per questo scudo sintetico. Invece di utilizzare il PEG, simile alla plastica, si sono rivolti a una catena di mattoni naturali presenti nel corpo umano: una specifica sequenza di tre amminoacidi chiamati prolina, alanina e serina. Si riferiscono a questa catena come un peptide PAS. A differenza del polimero sintetico, questa catena naturale è biodegradabile, il che significa che il corpo può facilmente scomporla e rimuoverla senza lasciare traccia. I ricercatori volevano vedere se potevano sostituire il rivestimento sintetico di PEG sui loro camioncini di nanoparticelle lipidiche con questo rivestimento naturale PAS e ottenere comunque la stessa consegna di alta qualità delle istruzioni genetiche.

Per testare questa idea, il team ha dovuto prima costruire i camioncini per la consegna. Hanno creato un nuovo tipo di molecola lipidica in cui la coda di PEG era stata sostituita da una catena di quaranta di questi amminoacidi naturali, terminante con un gruppo protettivo per mantenerla neutra. Hanno poi mescolato questo nuovo lipide con altri ingredienti standard per formare nanoparticelle, seguendo esattamente la stessa ricetta utilizzata per i farmaci approvati e consolidati. Il carico che hanno scelto di testare era un insieme di istruzioni per la produzione di una specifica proteina, una versione modificata di un interferone murino, che è un tipo di molecola di segnalazione immunitaria. Hanno anche incluso un piccolo distintivo sulla proteina, come un tesserino identificativo, in modo da poterla tracciare facilmente in seguito.

I ricercatori hanno poi introdotto questi nuovi camioncini in cellule epatiche umane coltivate in un piatto di laboratorio. Volevano vedere se le cellule potessero leggere le istruzioni all'interno del camioncino e produrre la proteina. I risultati sono stati incoraggianti. Le cellule hanno assorbito con successo le nanoparticelle e hanno iniziato a fabbricare la proteina, rilasciandola nel liquido circostante. Quando il team ha confrontato le prestazioni dei loro nuovi camioncini rivestiti di PAS con i camioncini rivestiti con il tradizionale PEG, le differenze sono state sorprendentemente piccole. Entrambi i tipi di camion erano approssimativamente della stessa dimensione, misurando tra gli 85 e i 120 nanometri di diametro, e trasportavano il loro carico genetico con un'efficienza simile, intrappolando circa la metà delle istruzioni disponibili. Condividevano anche la stessa carica elettrica sulla superficie, una proprietà che aiuta a mantenerli stabili ed evitare che si aggreghino.

Fondamentalmente, lo studio ha affrontato il tema del riconoscimento immunitario. Il team ha testato se i nuovi camioncini sarebbero stati scambiati per quelli vecchi dal sistema immunitario. Hanno scoperto che gli anticorpi progettati per dare la caccia al PEG non reagivano affatto ai nuovi camioncini rivestiti di PAS. Al contrario, gli anticorpi progettati per riconoscere la naturale catena PAS reagivano solo con i nuovi camioncini, non con quelli vecchi di PEG. Ciò ha confermato che i due rivestimenti sono chimicamente distinti e che i nuovi camioncini non scatenerebbero le stesse risposte immunitarie che affliggono quelli sintetici. Inoltre, quando hanno misurato quanta proteina producevano le cellule, i camioncini rivestiti di PAS hanno performato altrettanto bene o, in alcuni casi, leggermente meglio delle versioni rivestite di PEG.

I ricercatori hanno anche esaminato la purezza dei loro nuovi materiali. Le catene di PEG sintetico utilizzate nei farmaci attuali non sono uniformi; sono un misto di catene di lunghezze leggermente diverse, come un mucchio di corde dove alcune sono di qualche pollice più lunghe di altre. Al contrario, le catene naturali di PAS create dal team sono perfettamente uniformi, con ogni singola catena che ha esattamente la stessa lunghezza. Questa coerenza potrebbe rappresentare un vantaggio significativo nella produzione di medicinali di alta qualità. Lo studio conclude che questi rivestimenti peptidici naturali sono un'alternzione biodegradabile e valida allo scudo di PEG sintetico. Essi offrono gli stessi benefici protettivi senza il rischio di accumulo nel corpo o il potenziale di reazioni immunitarie, suggerendo una via verso terapie genetiche più sicure e tollerabili per il futuro.