نانوذرات لیپیدی راهی نوین برای انتقال داروهای پیشرفته به سلول‌های بدن

0

کاترین آ. وایتد

اگر شما دارویی برای نجات زندگی داشتید … اما راهی برای تجویز آن نداشتید چه می‌شد؟ با مهندس کترین آ. وایتد به سطح نانو زوم کنید زیرا او تجزیه گویچه‌های چربی کوچک (به نام نانوذرات لیپیدی) را ارائه می‌دهد که کاملاً برای انتقال داروهای پیشرفته به سلول‌های بدن شما طراحی شده است. بیاموزید که چگونه کار او در حال حاضر باعث تقویت واکسن‌های مبتنی بر mRNA COVID 19 شده و راه را برای درمان‌های آینده که می‌تواند ابولا، HIV و حتی سرطان را درمان کند، تقویت می‌کند.

اگر به شما بگویم که همه گیری جان میلیون‌ها نفر را نجات خواهد داد چه؟ در نظر گرفتن اینکه از قبل چند نفر از عزیزان خود را از دست داده‌ایم، کاری دشواری است. اما در طول تاریخ بشر، بحران‌های گسترده بهداشت عمومی منجر به نوآوری در مراقبت و فناوری شده است. به عنوان مثال، مرگ سیاه باعث ایجاد مطبوعات گوتنبرگ شد و همه گیری آنفولانزای ۱۹۱۸ منجر به فناوری مدرن واکسن گردید. همه گیری کووید ۱۹ هیچ تفاوتی ندارد و نخواهد داشت. کافی است به واکسن‌های ما که — به طور معمول در طی سالیان متمادی توسعه یافته‌اند نگاه کنید، و واکسن‌های mRNA که در مدت شگفت‌انگیز ۱۱ ماه به کار گرفته شد.

این چطور ممکن هست؟ این امر ممکن بود زیرا دانشمندان سال‌ها است کار می‌کنند تا ما را به نقطه‌ای برسانند که بتوانیم به سرعت از mRNA در شرایط اضطراری استفاده کنیم. به طور خاص، ما روی چگونگی کمک به mRNA در بزرگترین مشکل خود کارکرده‌ایم، که به طور معمول به مکان‌های مناسب در بدن ما نمی‌رود. خوشبختانه، ما آن مشکل را به موقع حل کردیم، و مایلم در مورد فناوری مورد استفاده برای انجام این کار به شما بگویم.

هنگامی که mRNA تجویز می‌شود، به ماهیچه‌ها یا جریان خون ما تزریق می‌شود، اما در واقع به آن نیاز داریم تا به داخل سلول‌های ما برود. متأسفانه، mRNA شکننده است، و بدن ما قبل از اینکه بسیار دور شود آن را از بین می‌برد. شما می‌توانید mRNA را مانند یک گلدان شیشه‌ای در نظر بگیرید که دوست دارید آن را بدون جعبه و بسته حبابی به صورت پست ارسال کنید. مدت زیادی قبل از تحویل خراب خواهد شد. و بدون آدرس روی جعبه، خدمات تحویل پستی شما هیچ ایده‌ای ندارد کجا برود. بنابراین اگر می‌خواهیم از mRNA به عنوان یک درمان استفاده کنیم، به کمک ما نیاز دارد. به حفاظت احتیاج دارد، و باید به او بگوییم کجا برود. و آنجاست که وارد می‌شوم.

بیش از پنج دهه است که، دانشمندان و مهندسان مانند من مواد حامل داروهای اسید نوکلئیک مانند، DNA و RNA را ایجاد کرده‌اند. از طریق آزمون و خطا، ما بسته‌هایی را ایجاد کرده‌ایم که گلدان‌های سالم را به آدرس اشتباه می‌رسانند؛ که به آدرس مناسب اما با گلدان شکسته تحویل داده شده است؛ بسته‌هایی که با حمله سگ‌ها پاره می‌شوند؛ و بسته‌هایی که حامل نامه را بیرون می‌اندازند. سال‌ها طول کشیده است تا علم شکل بگیرد. بگذارید نتیجه را به شما نشان دهم، این توپ‌های کوچک چربی که ما آنها را نانوذرات لیپیدی می‌نامیم. بگذارید به شما بگویم که آنها چه هستند و چگونه کار می‌کنند.

بنابراین اول از همه «نانو» به معنای واقعاً، واقعا کوچک است. به این فکر کنید که چقدر یک انسان در مقایسه با قطر زمین کوچک است. به این ترتیب یک نانوذره نسبت به فرد کوچک است. این نانوذرات از چندین مولکول چربی به نام لیپیدها تشکیل شده‌اند. چربی یک ماده بسته بندی فوق العاده زیبا — عالی و پرجنب وجوش است. جالب است که سلول‌های ما نیز توسط چربی احاطه شده‌اند تا انعطاف پذیر و محافظت شده باشند. سال‌ها پیش دانشمندان ایده ایجاد نانوذرات لیپیدی را داشتند که مانند اسب تروا عمل می‌کردند. از آنجا که لیپیدهای موجود در نانوذرات شبیه غشاهای اطراف سلول‌های ما هستند، سلول‌ها مایل هستند نانوذرات را به داخل بیاورند، و این زمانی است که mRNA به داخل سلول آزاد می‌شود. بنابراین، لیپیدهای موجود در این نانوذرات دقیقاً چیست؟ علاوه بر mRNA، چهار ماده وجود دارد، و من در مورد هر یک به شما می‌گویم.

ابتدا، لیپیدی به نام فسفولیپید وجود دارد. این عنصر اصلی در غشای سلولی ما است، که دیواره‌های چربی است که قسمت داخلی سلول‌های ما را از همه چیز که آنها را احاطه کرده است جدا می‌کند. فسفولیپیدها دارای سرهایی هستند که آب را دوست دارند و انتهایی که از چیزهای چرب دیگر خوششان می‌آید. بنابراین وقتی دسته ای از فسفولیپیدها را با هم در آب می‌ریزید، این ساختار زیبا را ایجاد می‌کنند که دو لایه چربی نامیده می‌شود. در اینجا، سرها به داخل و خارج سلول متمایل هستند، که آب است، و قسمت‌‎های چربی دوست مولکول در وسط با هم آویزان می‌شوند. در نانوذرات لیپیدی، فسفولیپیدها نقش مشابهی در سازماندهی سایر اجزا دارند.

دوم، لیپیدی به نام کلسترول وجود دارد. چرا، اگر کلسترول شهرت بدی دارد، آیا می‌خواهیم از آن در نانوذرات درمانی استفاده کنیم؟ به نظر می‌رسد در حالی که کلسترول می‌تواند در جریان خون ما بد باشد، در واقع یک چیز واقعاً خوب برای غشای سلولی ما است. و این به این دلیل است که فسفولیپیدهایی که من در مورد آنها گفتم، آنها کاملاً آزاد هستند، و مستعد تجزیه شدن هستند. کلسترول یک مولکول سفت است که خود را بین سایر چربی‌ها قرار می‌دهد تا شکاف‌ها را پر کرده و همه آنها را در کنار هم نگه دارد. آن نقش مشابهی در نانوذرات لیپیدی ما ایفا می‌کند. این ساختار ساختاری را فراهم می‌کند تا نانوذرات بین تزریق و زمانی که وارد سلول‌های ما می‌شوند از هم جدا نشوند.

سوم، لیپیدی به نام لیپید یونیزه وجود دارد. در اینجا, «قابل یونیزاسیون» به این معنی است که وقتی این ذرات در جریان خون هستند، بار خنثی دارند، که به ایمنی آنها کمک می‌کند. سپس آنها به یک بار مثبت در داخل سلول‌های ما سوییچ می‌کنند، که به آنها کمک می‌کند تا mRNA را آزاد کنند. لیپیدهای قابل یونیزاسیون خاص هستند زیرا باید در آزمایشگاه ساخته شوند، و دانشمندان در سراسر جهان ده ها هزار مورد از این مواد را آزمایش کرده‌اند تا بتوانند موادی را که در انتقال ایمن mRNA خوب هستند پیدا کنند. و چون در آزمایشگاه ساخته می‌شوند، تمایل دارند که متعلق به شرکتی باشد که آنها را اختراع کرده است. به عنوان مثال، Moderna و BioNTech، شرکتی که با Pfizer همکاری کردند، لیپیدهای مختلف قابل یونیزه شدن را کشف کردند، و این تنها عنصر مهم در واکسن‌های COVID 19 آنها است که متفاوت است. و حتی در آن صورت، لیپیدهای قابل یونیزاسیون آنها تفاوت چندانی ندارند، این مسأله اطمینان بخش است، زیرا وقتی گروه‌های مستقل دانشمندان در راه حل‌های مشابه به هم نزدیک می‌شوند، اعتماد به نتیجه آسان‌تر می‌شود.

در نهایت، یک ماده دیگر. این یکی پلیمری به نام پلی اتیلن گلیکول است. بنابراین بگذارید آن را PEG بنامیم. این خیلی راحت‌تر است. PEG یک مولکول آب دوست است. بنابراین نانوذره لیپیدی را احاطه کرده و همه را در کنار هم نگه می‌دارد. شما می‌توانید سه چربی دیگر را به عنوان جعبه و بسته حبابی برای mRNA، و PEG را به عنوان نوار بسته بندی در نظر بگیرید. ممکن است در اخبار در مورد تعداد کمی از افرادی که واکنش آلرژیک به واکسن دارند شنیده باشید. شواهدی وجود دارد که PEG می تواند در این واکنش‌های آلرژیک نقش داشته باشد. و این به این دلیل است که مردم به طور معمول در محصولات آرایشی و خانگی در معرض PEG قرار می‌گیرند، و برخی از افراد قبلاً آنتی بادی علیه PEG ایجاد کرده‌اند. اما چرا این امر برای برخی افراد اتفاق می‌افتد و برای برخی دیگر خیر؟ به نظر می‌رسد که سیستم دفاعی هر فرد متفاوت است، و دقیقاً همانطور که برخی از افراد به لاتکس حساسیت دارند، سایر افراد نیز به PEG حساسیت دارند. مهم است که به خاطر داشته باشید، به هرحال، که PEG سابقه طولانی در استفاده ایمن به عنوان بخشی از فرمول های دارویی مورد تأیید FDA داشته است، و این حساسیت به واکسن می‌تواند ناشی از موارد دیگری غیر از PEG باشد. برای درک کامل این عوارض به تحقیقات بیشتری نیاز است.

بسیار خوب، بنابراین بیایید یک قدم به عقب برداریم و تمام نانوذرات خود را بررسی کنیم. زیبا است، درسته؟ وقتی همه این مواد به خوبی در کنار هم قرار بگیرند، نتیجه بسته ایده‌آل برای تحویل دادن می‌شود. در مورد واکسن‌ها، پس از تزریق این نانوذرات به ماهیچه ما، mRNA را به داخل سلول‌های ما می‌برند. در آنجا، mRNA مانند یک دستورالعمل عمل می‌کند که به سلول‌های ما می‌گوید که یک پروتئین خارجی بسازند، در این مورد، پروتئین اسپایک کروناویروس. وقتی سلول‌های ایمنی بدن ما پروتئین اسپایک را می‌بینند، می‌شتابند تا ما را در برابر آن محافظت کنند، و به خود یاد می‌دهند که آن را به خاطر بسپارند، تا در صورت بازگشت آن بتوانند آن را بکشند. همانطور که ما صحبت می‌کنیم، واکسن‌های mRNA در حال حاضر جان افراد را از ویروس کرونا نجات می‌دهند. آنها اولین و بهترین ابزار ما برای مبارزه با این کابوس بودند، و آنها بهترین امید ما برای پاسخ سریع به متغیر ویروسی هستند زیرا می‌توانیم بسته نانوذرات لیپیدی خود را یکسان نگه داریم، و تنها کاری که باید انجام دهیم این است که mRNA داخل را عوض کنیم.

اما در اینجا بهترین بخش: برای درمان‌های mRNA آمده است، این واکسن‌ها تنها آغاز هستند. mRNA می‌تواند برای درمان یا مراقبت بسیاری از بیماری‌ها استفاده شود. بنابراین، در آینده، ما به احتمال زیاد درمان بسیاری از بیماری‌های وحشتناک، از جمله فیبروز کیستیک، دیستروفی عضلانی و کم خونی داسی شکل را خواهیم داشت. این بیماری‌ها توسط پروتئین‌های جهش یافته ایجاد می‌شوند، و ما می‌توانیم با استفاده از mRNA از سلول‌های خود بخواهیم نسخه صحیح این پروتئین‌ها را بسازند. ما درمان‌هایی برای سرطان — سینه، خون، ریه ها — شما آن را می‌نامید، خواهیم داشت. در اینجا، ما از mRNA برای آموزش سلول‌های ایمنی‌مان برای پیدا کردن و نابودی سلول‌های سرطانی استفاده می‌کنیم. و سپس، اگر خوش شانس باشیم، واکسن‌هایی علیه برخی از کشنده‌ترین و ترسناک‌ترین عوامل بیماری زا در سراسر جهان، از جمله مالاریا، ابولا و HIV خواهیم داشت. برخی از این محصولات در حال حاضر در آزمایشات بالینی هستند، و موفقیت واکسن‌های COVID 19 راه را برای نسل‌های بعدی این درمان‌ها هموار می‌کند.

به این ترتیب همه گیری می‌تواند جان میلیون‌ها نفر را نجات دهد. این سریع ترین توسعه واکسن در تاریخ را به وجود آورد و نوعی از فناوری را که قبلاً تأیید نشده بود، زنده کرد. و در ناامیدی خود، به آن فناوری فرصت دادیم. اکنون ما در حال جمع آوری داده‌های ایمنی و اثربخشی طولانی مدت صدها میلیون نفر هستیم. و با این داده‌ها، علاقه به فناوری، بودجه برای فناوری و اعتماد به فناوری همچنان در حال رشد است.

با نگاهی به آینده، بسته بندی و تحویل mRNA به اندام‌ها و بافت‌های مناسب همچنان یکی از مهمترین چالش‌‎های اجرای این فناوری خواهد بود. و بنابراین من و همکارانم قرار است مدت زیادی مشغول باشیم. در نهایت، من اینجا هستم با یک پیام امید. ما در آستانه انقلاب هستیم. mRNA در حال تغییر جهان برای همیشه است، و این همه به لطف این گویچه‌های کوچک چربی است که این داروی معجزه آسا را دقیقاً به جایی که نیاز دارد می‌برد.

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.