Rozwiązanie problemu szczepionek wrażliwych na zmiany temperatury
Kiedy szczepionki wystawiane są na działanie temperatur wykraczających poza zalecane granice, mogą tracić swoją siłę działania i skuteczność. Zapewnienie właściwych warunków podczas transportowania i przechowywania szczepionek jest zatem ważnym krokiem w skutecznym uodparnianiu ludności na choroby, którym można zapobiegać poprzez szczepienia. Staje się to jednak trudne, gdy mamy do czynienia ze szczepionkami, które muszą być przechowywane w temperaturach poniżej zera. Naukowcy z Politechniki w Graz (niem. Technische Universität Graz, TU Graz) w Austrii i Uniwersytetu Teksańskiego w Dallas (ang. University of Texas at Dallas, UT Dallas) w Stanach Zjednoczonych zademonstrowali nową technikę, która może pomóc w rozwiązaniu tego problemu. Tę niedrogą metodę opracowano przy częściowym wsparciu finansowanego ze środków UE projektu POPCRYSTAL, koordynowanego przez TU Graz. Jak opisano w badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Nature Communications”, metoda ta polega na tworzeniu krystalicznych egzoszkieletów wokół delikatnych liposomów i innych nanocząstek lipidowych, a następnie stabilizowaniu ich w temperaturze pokojowej przez okres do dwóch miesięcy. Zarówno liposomy, jak i nanocząstki lipidowe są doskonałymi nośnikami leków, które transportują lek do zewnętrznej warstwy ochronnej lipidów. Jednakże równocześnie są one także niestabilne pod względem termodynamicznym w temperaturze pokojowej. Nanocząstki lipidowe zastosowano w dwóch szczepionkach przeciw COVID-19, wyprodukowanych przez firmy Moderna i Pfizer/BioNTech. „Koszt utrzymania tych szczepionek w bardzo niskiej temperaturze od momentu ich wyprodukowania do czasu ich dostarczenia jest wyzwaniem, któremu należy stawić czoła, zwłaszcza że wiele krajów nie dysponuje odpowiednią infrastrukturą do zapewnienia tego rodzaju łańcucha chłodniczego”, stwierdził współautor badania dr Jeremiah Gassensmith z UT Dallas w artykule zamieszczonym na stronie internetowej uniwersytetu. „Chociaż nie uwzględniliśmy w tej pracy konkretnych nanocząstek lipidowych stosowanych w obecnych szczepionkach przeciw COVID-19, nasze odkrycia są krokiem ku stabilizacji nanocząstki lipidowej w bezprecedensowy sposób”. Białka błonowe znajdują się w dwuwarstwach lipidowych, które są błonami komórkowymi składającymi się z dwóch warstw cząsteczek lipidów. Według współautora badania Gabriele Meloni, również z UT Dallas, jednym z wyzwań badawczych „jest to, że zarówno białka błonowe, jak i dwuwarstwy lipidowe są bardzo delikatne i wewnętrznie metastabilne, a my próbujemy je połączyć, aby zrozumieć, jak działają te białka”. Wymagają one również ostrożnego obchodzenia się z nimi i muszą być za każdym razem przygotowywane na nowo. „Nie można ich przechowywać przez dłuższy czas ani łatwo przesłać do innego laboratorium”, dodaje Meloni.
Stabilizacja układu
Zespół badawczy opracował technikę stabilizacji tego układu lipidowego i zademonstrował wyniki przy użyciu białek transbłonowych – rodzaju białek błonowych, które przechodzą przez całą grubość błony komórkowej. Zmieszali oni liposomy z dwoma substancjami chemicznymi (dwuwodnym octanem cynku i metyloimidazolem) w roztworze buforowym, co doprowadziło do utworzenia krystalicznej macierzy wokół każdego liposomu. „Sądzimy, że lipidy oddziałują z cynkiem na tyle silnie, by stworzyć początkową strukturę cynkowo-metyloimidazolową, która następnie rozrasta się wokół sfery lipidowej i całkowicie ją otacza, jak egzoszkielet”, zauważył dr Gassensmith. „Do stworzenia tej całkowicie sztucznej powłoki, w której biomakrocząsteczki – lipidy i białka – katalizują wzrost tego egzoszkieletu, zaprzęgliśmy w pewnym sensie naturę”. Do uwolnienia i rekonstytucji liposomów zespół użył kwasu etylenodiaminotetraoctowego, silnego czynnika chelatującego cynk szeroko stosowanego w medycynie i przemyśle, ponieważ jest on zdolny do chelatowania metali, tworząc stabilne, rozpuszczalne w wodzie kompleksy. Celem projektu POPCRYSTAL (Precisely Oriented Porous Crystalline Films and Patterns) jest stworzenie nowych krystalicznych metaloorganicznych folii szkieletowych i struktur z precyzyjnie zorientowanymi nanoporami i nanokanałami. Więcej informacji: projekt POPCRYSTAL
Słowa kluczowe
POPCRYSTAL, lipid, liposom, szczepionka, nanocząstka, białko, COVID-19, łańcuch chłodniczy