Masachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları, RNA ve DNA temalı yeni terapötiklerin geliştirilmesini büyük ölçüde hızlandırabilecek bir yöntemi geliştirdi. Bu yöntemle lipid nanoparçacıklar (LNP), insan müdahalesine gerek kalmadan otomatik olarak üretilebiliyor ve parçacıkların boyut ile şekli daha önce hiç olmadığı kadar hassas biçimde kontrol edilebiliyor.
Araştırmacıların açıkladığına göre, bu yeni süreç RNA ve DNA temalı tedavilerin geliştirilme sürecini önemli ölçüde hızlandırabilir. Lipid nanoparçacıklar, mRNA aşıları dahil olmak üzere nükleik asit temalı terapötiklerin vücuda taşınmasında kritik rol oynuyor; ancak boyut ve şeklin güvenilir biçimde kontrol edilememesi yıllardır bu alanın başlıca zorluklarından biri olarak öne çıkıyordu.
Hassas kontrol için yeni bir metodoloji
mRNA temalı aşılar, hücrelere zararsız bir viral proteinin üretilmesi yönünde talimat ulaştırarak bağışıklık sistemini tepki vermeye yönlendiriyor. Ancak mRNA tek başına enjekte edildiğinde vücutta hızlıca parçalanıyor. Bu nedenle terapötiklerin doğru hücrelere ulaşması için bir taşıyıcıya ihtiyaç var.
“Bunlar gerçekten devrimci türden tedaviler, ancak vücudun doğru hücrelerine ulaştırmaları için bir taşıyıcı araçlara ihtiyaçları var,” diyor araştırmanın baş yazarlarından biri olan MIT doktora sonrası araştırmacı Cedric Devos.
Lipid nanoparçacıklar genellikle dört bileşenden oluşuyor: iyonlaştırılabilir bir lipid, fosfolipid, kolesterol ve PEG (polietilen glikol) molekülüne bağlanmış bir lipid. Son bileşen LNP’nin stabilizesine yardımcı oluyor. COVID-19 aşılarında kullanılan nanoparçacıklar da bu yöntemle üretiliyor.
Parçacıkları üretmek için iki sıvı akımı yüksek hızda birbirleriyle karıştırılıyor. Birincisi etanol içinde süspansiyon halinde lipid moleküllerinden, ikincisi asidik bir tampon çözeltisinde çözünmüş mRNA’dan oluşuyor.
Karışımın iki aşamaya bölünmesi
Bu çözeltiler eşit akış hızlarında karıştırılmıyor. Bunun yerine, mRNA çözümünün lipid çözümünden yaklaşık üç katı daha fazla kullanılıyor. Bu dengesiz oran, içinde mRNA içeren lipid nanoparçacıklarının oluşumunu teşvik etsede parçacıkların boyut veya şeklinin hassas kontrolünü sunmuyor.
MIT ekibi, karışım sürecinin iki aşamaya bölünmesinin parçacık boyutunda çok daha iyi kontrol sağlayabileceğini gösterdi. İlk aşamada mRNA ve lipidler eşit akış hızında karıştırılıyor. Ardından kısa bir gecikme sonrası tampondan daha fazlası eklenerek parçacıkların büyümesi durduruluyor. Daha uzun gecikmeler daha büyük parçacıklar üretiyor.
“Bu, size rezidans zamanıyla oynamak imkanı veriyor; rezidans zamanı ilk karıştırıcıdan ikinci karıştırıcıya kadar geçen süre anlamına geliyor. Bu süreyi gerçekten uzun tutarsanız parçacıklarınız çok büyür. Çok kısa tutarsanız onları küçük katabilirsiniz,” diyor Devos. “Lipid nanoparçacık üretiminde daha önce mevcut olmayan bir kollu sahip oluyorsunuz.”
Araştırmacılar ayrıca parçacıkların şeklini de değiştirebildiklerini gösterdi. İkinci aşamada eklenen tamponun konsantrasyonunu değiştirerek parçacıkları kürelerden avokado biçimini andıran uzamış parçacıklara dönüştürdüler.
Her iki müdahale de—rezidans zamanını değiştirmek ve tampon bileşimini değiştirmek—araştırmacıların LNP’lerin bileşimini başka şekilde değiştirmeden parçacık boyutunu ve şeklini kontrol etmesini sağlıyor.
Otomatik bir sürece dönüşüm
Yeni makalede araştırmacılar bu iki aşamalı karışım sürecini otomatikleştiren bir yöntem geliştirdi. Ayrıca parçacıklar oluşurken boyutlarını ölçebilen ticari bir dinamik ışık saçılma cihazını sisteme dahil etti.
Süreç ayrıca MIT’nin Lisans Araştırma Fırsatları Programının (UROP) etkisini de gözler önüne seriyor. “Bu program aracılığıyla, uygulamalı matematik ve bilişim bilimi alanlarında lisans eğitimi alan Joy Ren, Sofiya Chubich ve Dylan Nguyen, ileri yazılım mühendisliğinin kimya mühendisliğiyle nasıl entegre edileceğini öğrenerek LNP süreç geliştirmesi için otomatik bir platform oluşturma konusunda pratik deneyim kazandı,” diyor Sagmeister.
Otomatik sistemle araştırmacılar bir parçacık boyutu belirleyebilir ve sistem bu boyutta parçacıklar üretir. Sonuçta oluşan parçacıkları ölçerek doğru boyutta olduklarını doğrular; eğer öyle değilse, gecikme zamanı ve diğer faktörleri ayarlayarak onları doğru boyuta yönlendirir.
“İlk makale, lipid nanoparçacık üretmenin yeni metodolojisini gerçekten ortaya çıkardı; onları boyut ve şekille gerçek anlamda mühendislik ettiğimiz bir yöntem. İkinci çalışmayla da tüm süreci otomatikleştirdik,” diyor Sagmeister.
Sistem farklı biçimlerde parçacıklar da üretebilir, ancak bu biçimlerin ölçümü otomatik sistemin dışında yapılması gereken bir süreçtir.
Makine öğrenmesiyle geleceğe yön veren yöntem
Araştırmacılar bu yaklaşımı kullanarak sistem girdilerinin parçacık boyutu ve şeklini nasıl etkilediğini, daha önce olduğundan çok daha hızlı biçimde inceledi. Ardından bu deneylerden topladıkları verileri kullanarak belirli bir boyut veya biçim üretmek için gereken faktörlerin kombinasyonunu tahmin edebilen bir makine öğrenmesi modeli eğitti.
Bu yöntem, RNA tedavilerinin geliştiricilerinin farklı boyutta parçacıklar üretmesini ve bunları belirli bir uygulama için test etmeyi çok daha kolay hale getirebilir. Bir lipid nanoparçacığın boyutunu kontrol etmek kritik önem taşıyor; çünkü boyut, parçacığın vücudda en fazla nereye yerleşeceğini belirliyor.
“Vücudda en fazla nereye yerleşeceği açısından 150 nanometrik bir hedefe sahip LNP temalı bir tedavi ile 70 nanometrik bir tedavi üretin ve geri kalan her şey aynıysa, çok farklı davranacaklardır,” diyor Devos.
Araştırmacılar teknolojileri için patent başvurusunda bulundu ve BIZON Labs adında yeni bir şirket aracılığıyla ticarileştirme çalışmaları yürütüyor.
İlk yorumu siz yazın
Fikrinizi bir kaynak, soru veya yapıcı karşı görüşle geliştirin.