Le nanoparticelle lipidiche (LNP) si sono rivelate dei vettori di grande successo per la somministrazione efficiente di varie categorie di farmaci. Inutile ricordare i vaccini COVID-19 a base di RNA messaggero (mRNA) basati sulle Lipid NanoParticles (LNPs), che sono l’esempio più noto di formulazioni basate su questi vettori. Nonostante il successo già ottenuto dai farmaci a base di LNP, c’è ancora spazio per miglioramenti. Un aspetto che potrebbe essere migliorato è il grado di assorbimento a livello cellulare (uptake) a seguito dell’iniezione, che è molto variabile. Le tecniche attualmente utilizzati per questa valutazione richiedono tempo e sono costosi, ma la ricerca si sta concentrando sul trovare metodi più efficienti.
Per saperne di più su come la QCM-D QSense viene utilizzata in questo tipo di ricerca, Biolin ha interpellato Federica Sebastiani, Tenure Track Assistant Professor presso il Dipartimento di Farmacia dell’Università di Copenhagen. Il lavoro di ricerca della Prof.ssa Sebastiani concerne la caratterizzazione fisico-chimica dei sistemi soft matter auto-assemblati, e in particolare dei sistemi basati sui lipidi. Il suo interesse principale è la relazione struttura-funzione dei complessi lipidici per la somministrazione di farmaci, come ad esempio le già citate LNP per la somministrazione di vaccini a base di mRNA. Allo stesso tempo, è interessata a studiare l’interazione di questi sistemi con proteine e/o membrane modello. Attraverso la comprensione del rapporto struttura-funzione dei biocolloidi e dei sistemi biomimetici, l’obbiettivo è quello di controllare la funzione attraverso la regolazione della struttura.
Recentemente, la prof.ssa Sebastiani e il suo team hanno condotto uno studio per indagare l’affinità di legame delle proteine del siero con delle nanoparticelle lipidiche in un ambiente privo di cellule. Qui propongono un metodo efficace in termini di tempo e di costi per vagliare un’ampia gamma di formulazioni di LNPs e selezionare i candidati più promettenti per gli studi in vitro e in vivo.
Ecco cosa ha detto la prof.ssa Sebastiani rispondendo ad alcune domande riguardo questo progetto di ricerca.
La composizione della superficie delle LNP influisce sul legame di ApoE?
C’era l’ipotesi che la struttura e la composizione della superficie delle LNPs giocassero un ruolo nel legame dell’Apolipoproteina E (ApoE), e che una maggior interazione avrebbe portato ad un assorbimento cellulare più efficiente attraverso il recettore LDL e quindi ad una maggiore espressione della proteina codificata dall’mRNA trasportato. In questo studio, ho appunto voluto affrontare il tema dell’affinità di legame di ApoE con le mRNA-LNPs in funzione della composizione dell’LNP stessa. La tecnica QCM-D è stata scelta per lo studio poiché offre una grande flessibilità rispetto alle strategie di funzionalizzazione dei sensori, ed offre anche la possibilità di seguire in tempo reale l’interazione delle proteine del siero con le LNP immobilizzate sul sensore.
Parliamo di come avete utilizzato la QCM-D QSense per studiare l’affinità di legame tra proteine e nanoparticelle lipidiche
L’approccio è stato quello di progettare una funzionalizzazione per il sensore QCM-D che permettesse l’immobilizzazione delle LNP e poi la misurazione del legame proteico in modo semi-quantitativo. Il componente chiave della funzionalizzazione è stato l’anticorpo antiPEG che ha garantito l’immobilizzazione delle LNPs sulla superficie. Questo tipo di funzionalizzazione ci ha permesso di creare uno strato di particelle immobilizzate che fosse riproducibile e stabile, e che è poi stato esposto a diverse concentrazioni di proteine.
L’analisi dei dati QCM-D è stata fondamentale per ottenere risultati affidabili. La nostra scelta è stata quella di estrapolare lo spessore equivalente dal grafico -ΔD/Δf vs -Δf.
Può questo metodo essere utile per vagliare la formulazione di LNP e limitare gli studi in vitro ai candidati più promettenti?
Il risultato principale dello studio è che diverse formulazioni di LNPs mostrano una diversa affinità di legame con l’ApoE e abbiamo scoperto che una maggiore affinità di legame è correlata a una maggiore espressione della proteina nelle cellule. Questo conferma l’ipotesi che ApoE sia fondamentale per l’assorbimento cellulare delle LNPs quando vengono somministrate per via endovenosa. Di conseguenza, il metodo può essere utilizzato per vagliare la formulazione di LNPs per l’affinità di legame con ApoE e limitare lo studio in vitro alle formulazioni più promettenti.
Il lavoro combina il QCM-D con una funzionalizzazione su misura dei sensori d’oro, ottenendo un potente strumento per studiare l’affinità di legame tra proteine e nanoparticelle lipidiche. Il metodo può essere applicato a una serie di particelle a base lipidica e di molecole interagenti, e lo sviluppo del metodo stesso è un contributo al settore. Permetterà di studiare l’interazione particella-proteina in un ambiente privo di cellule
Osservazioni conclusive
Questo studio ha fornito le informazioni mancanti per collegare l’affinità di legame dell’ApoE con le LNP alla loro espressione proteica conclude la prof.ssa Sebastiani. E, come accennato in precedenza, la QCM-D è stata la tecnica-chiave di questo lavoro, dandoci la possibilità di sviluppare una piattaforma che può essere utilizzata per indagare altre domande sull’interazione particella-proteina
