MRNA yüklü lipid nanopartiküllerin (LNP'ler) boyut dağılımı ve iç yapısı, aktif bileşenlerin insan organizmasındaki dağılımını ve emilimini ve dolayısıyla istenen etkiyi ve aynı zamanda ilgili ilaçların yan etkilerini etkiler. Ancak BioNTech ve Pfizer tarafından üretilen ve COVİD-19 aşısı olarak onaylanan Comirnarty preparatının bu temel özelliklerinin, onaylandığında yeterince iyi bilinmediği görülüyor.
İlaç dağıtım sistemleri olarak lipit nanopartiküllerinin dispersiyonları
Lipitler, suda neredeyse hiç çözünmeyen, ancak birçok yağ gibi polar olmayan çözücülerde oldukça çözünür olan biyolojik kökenli maddelerdir. Ne yazık ki, yeni farmasötik aktif bileşenlerin çoğunluğu büyük ölçüde suda çözünmez ve bu nedenle vücut tarafından kolayca emilemez ve dolayısıyla iyileştirici etkilerini geliştiremezler. Bununla birlikte, bu tür aktif bileşenler, küçük lipit parçacıkları halinde çözülebilir ve bu da, bir dispersiyon oluşturmak üzere sulu bir çözelti içinde ince bir şekilde dağıtılabilir. Lipid parçacıkları milimetrenin binde birinden küçükse bunlara lipit nanopartikülleri (LNP) adı verilir. Katı LNP'ler (katı lipit nanopartikülleri, SLN'ler) 1992 yılında Prof. Westesen ve Dr. Siekmann ilk olarak ilaçların parenteral (mide-bağırsak yolunu atlayarak) uygulaması için taşıyıcı sistemler önerdi, ancak bunlar genellikle yalnızca çok küçük miktarlarda aktif bileşenleri emer. 'Nanoyapılı Lipid Taşıyıcılar' (NLC'ler) olarak adlandırılanlar da katı nanopartiküllerdir, ancak çekirdekleri, daha büyük miktarlarda aktif bileşenin uzun süreli emilimini sağlayan katı ve sıvı lipitlerin bir karışımından oluşur.
2020'de: Parenteral LNP formülasyonlarının ilk toplu kullanımı
2020 yılına kadar, kozmetik ve dermatolojik uygulamalar dışında SLN ve NLC bazlı farmasötik preparatların (formülasyonların) insanlarda kullanımı bir istisna dışında onaylanmıyordu: Onpattro, LNP'ler içinde kapsüllenmiş aktif bileşen patisiran içerir ve tedavi için 2018 yılında onaylanmıştır. Karşılanmamış yüksek tıbbi ihtiyaç nedeniyle FDA ve EMA tarafından onaylanan yetişkin hastalarda hATTR amiloidozunun araştırılması. 2020'den önce ABD ve AB'de onaylanan tüm LNP formülasyonları (parçacıkları katı olmayanlar dahil), karmaşık yapıları ve bunun sonucunda ortaya çıkan anlaşılması zor etki ve yan etki profilleri nedeniyle karşılanmamış yüksek tıbbi ihtiyaç nedeniyle yalnızca kanser tedavisi için kullanılıyordu. veya nadir, yaşamı tehdit eden hastalıklar için, yani çok az sayıda ciddi hastayı tedavi etmek için kullanılır. Ancak mRNA içeren LNP formülasyonlarının 2020 yılında onaylanmasından bu yana, dünyanın birçok ülkesinde sağlıklı insanlar bu LNP bazlı aktif madde formülasyonlarıyla tedavi edilmeye başlandı. LNP'lerin içerdiği mRNA, SARS-CoV-2'nin spike proteinine benzer bir proteini kodlar. Bu formülasyon kas içine uygulandığında, mRNA'nın bir kısmı sonuçta vücut hücrelerine ulaşır ve burada daha sonra spike benzeri protein üretilir. Sonuçta vücudun bağışıklık sisteminin bu proteini yabancı olarak tanıması ve antikor oluşumu dahil savunma önlemlerini başlatması amaçlanıyor. LNP'lerin vücutta taşınmasının anlaşılması, aktif bileşenin daha fazla dağılımı ve organlara ve hücrelere emiliminin yanı sıra diğer karmaşık etki mekanizmalarının anlaşılması, bugün hala mevcut olan bilimsel araştırmalar için büyük zorluklar oluşturmaktadır.
LNP dağılımlarının iç yapısı
Bu zorluğun gerçek boyutu, bugüne kadar onaylanmış aktif madde formülasyonlarının kesin iç yapısının bile bilinmemesi gerçeğinden açıkça anlaşılmaktadır. Hem LNP'lerin boyut dağılımının hem de iç yapılarının, aktif maddenin vücutta taşınması ve emilmesi için çok önemli olduğu açıktır. Yakın zamanda ACS Nano uzman dergisinde yayınlanan bir makalede, bu makalenin yazarının liderliğindeki bir ekip, aşı olarak onaylanan BioNTech ve Pfizer'in Comirnaty preparatındaki LNP'lerin boyut dağılımını artık kesin olarak belirledi ve ayrıca Deneysel çalışmalardan LNP'lerin iç yapısının bir modelini oluşturdu (bkz. Şekil 1):
mRNA yüklü LNP'lerin şematik gösterimi [1]Grafik: ACS Nano 18
Bu, BioNTech'in ilgili model fikirlerinin (bkz. Şekil 2) geçerli olmadığını veya yalnızca kısmen geçerli olduğunu göstermektedir:
![mRNA yüklü LNP'lerin şematik gösterimi [2]](https://Haberler.imgix.net/2024/10/19/49c9e99f-b079-4abd-9949-503052f274d5.jpeg?auto=format&fit=max&w=1880&auto=compress&rect=0,11,894,596)
mRNA yüklü LNP'lerin şematik gösterimi [2]Grafik: EMA
LNP'lerin dış moleküler stabilizasyon katmanının aslında uzun PEG zinciriyle (PEG-lipit, Şekil 2) ALC-0159 lipidini içerdiği gösterilmiştir. Bununla birlikte, LNP'lerin stabilitesi ve aynı zamanda vücut hücreleriyle etkileşimleri için önemli olan lipitler DMPC ve kolesterol (yardımcı lipit(ler)) de burada bulunur. Bu, BioNTech'in şematik gösterimine yansıtılmamıştır. LNP'lerin içinde sadece az miktarda kolesterol gözlenebildi, DMPC ise orada hiç tespit edilemedi. mRNA'nın ALC-0315 lipidi (katyonik lipid) tarafından görüntüde gösterilen biçimde sarılması gözlemlenememiştir. Başka bir çalışmada olduğu gibi bu daha muhtemel [3] varsayımlar – LNP'lerin çekirdeği, esasen yalnızca ALC-0315 içeren (soldaki şekilde küçük küreler) büyük ölçüde aynı boyutta küçük alanların bulunduğu, mRNA, ALC-0315 ve kolesterolün yapılandırılmamış bir karışımından oluşur. Elbette bu, ALC-0315'in mRNA ile spesifik bir etkileşimini dışlamaz.
Comirnaty LNP'lerinin boyut dağılımı
Çok önemli bir gözlem, büyük ölçüde küresel LNP'lerin boyut dağılımının aşırı derecede tek dağılımlı olmasıdır, yani parçacıkların çapları 55 nm (1 nm = mm'nin milyarda biri) civarında dar bir şekilde dağılmıştır. Temel bilim perspektifinden bakıldığında, ALC-0159 ve ALC-0315 gibi yeni lipitlerin, LNP'ler için özel bir üretim yöntemi olan antisolvent çökeltme (ASP) olarak adlandırılan kombinasyonla birlikte kullanılması, bu tür küçük monodispers LNP'lerin güvenilir bir şekilde üretilebilmesi oldukça ilginçtir. basit bir şekilde üretilmiştir. Bununla birlikte, ASP'nin karakteristik olarak küçük oranlarda daha büyük parçacıklar ürettiği ortaya çıktı. Bu, küçük açılı X-ışını saçılımı ve dinamik ışık saçılımını kullanan yeni bir birleşik değerlendirme ölçüm yöntemi kullanılarak bulundu ve eşzamanlı X-ışını ve küçük açılı nötron saçılımı, kriyoelektron ve ışık mikroskobu ile doğrulandı. Öte yandan, ölçümleri değerlendirmek için dinamik ışık saçılımını kullanarak yalnızca standart bir yöntem kullanırsanız (örneğin, Avrupa Farmakopesi Bölüm 2.9.50'ye bakın), muhtemelen BioNTech tarafından da yapıldığı gibi, hatalı bir şekilde çok daha geniş bir yöntem elde edersiniz. dağılım ve parçacık çaplarının farklı bir ortalama değeri. ASP tarafından hazırlanan dispersiyonlardaki karmaşık parçacık boyutu dağılımını belirlemek için bu metodolojinin geçerliliğine körü körüne güvenilmemelidir.
Comirnaty LNP'lerinin toplam durumu
Son olarak, Raman ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi kullanılarak, BioNTech'in yukarıda belirtilen EMA belgesinde hatalı bir şekilde belirttiği gibi, LNP'lerin çekirdeğinin katı değil sıvı olduğu gösterildi. Yani bunlar SLN'ler veya NLC'ler değil, daha ziyade küçük emülsiyon damlalarıdır. Burada ayrıca Comirnaty LNP'lerinin, bazı yayınlarda öne sürüldüğü ve ayrıca BioNTech tarafından daha önceki bir raporda bahsedildiği gibi 6,9 ile 7,9 arasındaki pH aralığında ölçülebilir düzeyde katman benzeri (lamelli) lipid yapılar oluşturmadığı da belirtilmelidir.
Sorumluluk lisans yetkililerine aittir.
Genel olarak, Comirnaty LNP'lerinin yukarıda belirtilen raporda BioNTech tarafından sunulandan önemli ölçüde farklı yapılandırıldığı görülebilir. İlaçların etkilerinin ve yan etkilerinin kesin olarak anlaşılması, bunların ortalama kimyasal bileşimlerinin yanı sıra dozaj formundaki bireysel bileşenlerin mekansal dağılımı, yani molekülerden makroskobik (gözle görülebilen) yapısal yapıları hakkında ayrıntılı bilgi gerektirir. uzunluk ölçeği. Bu özellikle aktif bileşenler içeren LNP'lerin dispersiyonları kadar karmaşık sistemler için geçerlidir. Sorumlu otoriteler onay öncesinde bu bilgiyi üreticiden talep etmeli, detaylı incelemeli, (deneysel olarak) kontrol etmeli ve vatandaşları bilgilendirmek için detaylı olarak iletmelidir.
[1] T. Unruh, K. Götz, C. Vogel, E. Fröhlich, A. Scheurer, L. Porcar, F. Steiniger, mRNA İlaç Dağıtımı için Lipid Nanopartikül Formülasyonlarının Mezoskopik Yapısı: Ortak ve İlaçsız DispersiyonlarACS Nano 18 (2024) 9746 DOI: 10.1021/acsnano.4c02610
[2] Pazarlama izninin genişletilmesi ve varyasyonları grubu hakkında EMA, CHMP değerlendirme raporu, EMEA/H/C/005735/X/0044/G, 14 Ekim 2021, https://www.ema.europa.eu/en/documents / varyasyon-report/comirnaty-hc-5735-x-0044-g-epar-assessment-report-extension_en.pdf (24.09.2024, 13:16)
[3] J. Szebeni, B. Kiss, T. Bozó, K. Turjeman, Y. Levi-Kalisman, Y. Barenholz, M. Kellermayer, Comirnaty Covid-19 Aşısının Yapısına Bakış: Yumuşak, Kısmen İki Katmanlı Kaplı Bir Teori Hidrojen Bağıyla Stabilize Edilmiş mRNA-Lipit Komplekslerine Sahip Nanopartiküller, ACS Nano 17 (2023) 13147 DOI: 10.1021/acsnano.2c11904
Tobias Unruh FAU Erlangen-Nürnberg Fizik Bölümü'nde profesördür. Çok sayıda başka konunun yanı sıra, 25 yılı aşkın bir süredir parenteral kullanıma yönelik nanodispers ilaç taşıyıcı sistemlerin yapısı ve moleküler dinamikleri üzerine araştırma yapıyor ve yayınlıyor.
İlaç dağıtım sistemleri olarak lipit nanopartiküllerinin dispersiyonları
Lipitler, suda neredeyse hiç çözünmeyen, ancak birçok yağ gibi polar olmayan çözücülerde oldukça çözünür olan biyolojik kökenli maddelerdir. Ne yazık ki, yeni farmasötik aktif bileşenlerin çoğunluğu büyük ölçüde suda çözünmez ve bu nedenle vücut tarafından kolayca emilemez ve dolayısıyla iyileştirici etkilerini geliştiremezler. Bununla birlikte, bu tür aktif bileşenler, küçük lipit parçacıkları halinde çözülebilir ve bu da, bir dispersiyon oluşturmak üzere sulu bir çözelti içinde ince bir şekilde dağıtılabilir. Lipid parçacıkları milimetrenin binde birinden küçükse bunlara lipit nanopartikülleri (LNP) adı verilir. Katı LNP'ler (katı lipit nanopartikülleri, SLN'ler) 1992 yılında Prof. Westesen ve Dr. Siekmann ilk olarak ilaçların parenteral (mide-bağırsak yolunu atlayarak) uygulaması için taşıyıcı sistemler önerdi, ancak bunlar genellikle yalnızca çok küçük miktarlarda aktif bileşenleri emer. 'Nanoyapılı Lipid Taşıyıcılar' (NLC'ler) olarak adlandırılanlar da katı nanopartiküllerdir, ancak çekirdekleri, daha büyük miktarlarda aktif bileşenin uzun süreli emilimini sağlayan katı ve sıvı lipitlerin bir karışımından oluşur.
2020'de: Parenteral LNP formülasyonlarının ilk toplu kullanımı
2020 yılına kadar, kozmetik ve dermatolojik uygulamalar dışında SLN ve NLC bazlı farmasötik preparatların (formülasyonların) insanlarda kullanımı bir istisna dışında onaylanmıyordu: Onpattro, LNP'ler içinde kapsüllenmiş aktif bileşen patisiran içerir ve tedavi için 2018 yılında onaylanmıştır. Karşılanmamış yüksek tıbbi ihtiyaç nedeniyle FDA ve EMA tarafından onaylanan yetişkin hastalarda hATTR amiloidozunun araştırılması. 2020'den önce ABD ve AB'de onaylanan tüm LNP formülasyonları (parçacıkları katı olmayanlar dahil), karmaşık yapıları ve bunun sonucunda ortaya çıkan anlaşılması zor etki ve yan etki profilleri nedeniyle karşılanmamış yüksek tıbbi ihtiyaç nedeniyle yalnızca kanser tedavisi için kullanılıyordu. veya nadir, yaşamı tehdit eden hastalıklar için, yani çok az sayıda ciddi hastayı tedavi etmek için kullanılır. Ancak mRNA içeren LNP formülasyonlarının 2020 yılında onaylanmasından bu yana, dünyanın birçok ülkesinde sağlıklı insanlar bu LNP bazlı aktif madde formülasyonlarıyla tedavi edilmeye başlandı. LNP'lerin içerdiği mRNA, SARS-CoV-2'nin spike proteinine benzer bir proteini kodlar. Bu formülasyon kas içine uygulandığında, mRNA'nın bir kısmı sonuçta vücut hücrelerine ulaşır ve burada daha sonra spike benzeri protein üretilir. Sonuçta vücudun bağışıklık sisteminin bu proteini yabancı olarak tanıması ve antikor oluşumu dahil savunma önlemlerini başlatması amaçlanıyor. LNP'lerin vücutta taşınmasının anlaşılması, aktif bileşenin daha fazla dağılımı ve organlara ve hücrelere emiliminin yanı sıra diğer karmaşık etki mekanizmalarının anlaşılması, bugün hala mevcut olan bilimsel araştırmalar için büyük zorluklar oluşturmaktadır.
LNP dağılımlarının iç yapısı
Bu zorluğun gerçek boyutu, bugüne kadar onaylanmış aktif madde formülasyonlarının kesin iç yapısının bile bilinmemesi gerçeğinden açıkça anlaşılmaktadır. Hem LNP'lerin boyut dağılımının hem de iç yapılarının, aktif maddenin vücutta taşınması ve emilmesi için çok önemli olduğu açıktır. Yakın zamanda ACS Nano uzman dergisinde yayınlanan bir makalede, bu makalenin yazarının liderliğindeki bir ekip, aşı olarak onaylanan BioNTech ve Pfizer'in Comirnaty preparatındaki LNP'lerin boyut dağılımını artık kesin olarak belirledi ve ayrıca Deneysel çalışmalardan LNP'lerin iç yapısının bir modelini oluşturdu (bkz. Şekil 1):
mRNA yüklü LNP'lerin şematik gösterimi [1]Grafik: ACS Nano 18
Bu, BioNTech'in ilgili model fikirlerinin (bkz. Şekil 2) geçerli olmadığını veya yalnızca kısmen geçerli olduğunu göstermektedir:
mRNA yüklü LNP'lerin şematik gösterimi [2]Grafik: EMA
LNP'lerin dış moleküler stabilizasyon katmanının aslında uzun PEG zinciriyle (PEG-lipit, Şekil 2) ALC-0159 lipidini içerdiği gösterilmiştir. Bununla birlikte, LNP'lerin stabilitesi ve aynı zamanda vücut hücreleriyle etkileşimleri için önemli olan lipitler DMPC ve kolesterol (yardımcı lipit(ler)) de burada bulunur. Bu, BioNTech'in şematik gösterimine yansıtılmamıştır. LNP'lerin içinde sadece az miktarda kolesterol gözlenebildi, DMPC ise orada hiç tespit edilemedi. mRNA'nın ALC-0315 lipidi (katyonik lipid) tarafından görüntüde gösterilen biçimde sarılması gözlemlenememiştir. Başka bir çalışmada olduğu gibi bu daha muhtemel [3] varsayımlar – LNP'lerin çekirdeği, esasen yalnızca ALC-0315 içeren (soldaki şekilde küçük küreler) büyük ölçüde aynı boyutta küçük alanların bulunduğu, mRNA, ALC-0315 ve kolesterolün yapılandırılmamış bir karışımından oluşur. Elbette bu, ALC-0315'in mRNA ile spesifik bir etkileşimini dışlamaz.
Comirnaty LNP'lerinin boyut dağılımı
Çok önemli bir gözlem, büyük ölçüde küresel LNP'lerin boyut dağılımının aşırı derecede tek dağılımlı olmasıdır, yani parçacıkların çapları 55 nm (1 nm = mm'nin milyarda biri) civarında dar bir şekilde dağılmıştır. Temel bilim perspektifinden bakıldığında, ALC-0159 ve ALC-0315 gibi yeni lipitlerin, LNP'ler için özel bir üretim yöntemi olan antisolvent çökeltme (ASP) olarak adlandırılan kombinasyonla birlikte kullanılması, bu tür küçük monodispers LNP'lerin güvenilir bir şekilde üretilebilmesi oldukça ilginçtir. basit bir şekilde üretilmiştir. Bununla birlikte, ASP'nin karakteristik olarak küçük oranlarda daha büyük parçacıklar ürettiği ortaya çıktı. Bu, küçük açılı X-ışını saçılımı ve dinamik ışık saçılımını kullanan yeni bir birleşik değerlendirme ölçüm yöntemi kullanılarak bulundu ve eşzamanlı X-ışını ve küçük açılı nötron saçılımı, kriyoelektron ve ışık mikroskobu ile doğrulandı. Öte yandan, ölçümleri değerlendirmek için dinamik ışık saçılımını kullanarak yalnızca standart bir yöntem kullanırsanız (örneğin, Avrupa Farmakopesi Bölüm 2.9.50'ye bakın), muhtemelen BioNTech tarafından da yapıldığı gibi, hatalı bir şekilde çok daha geniş bir yöntem elde edersiniz. dağılım ve parçacık çaplarının farklı bir ortalama değeri. ASP tarafından hazırlanan dispersiyonlardaki karmaşık parçacık boyutu dağılımını belirlemek için bu metodolojinin geçerliliğine körü körüne güvenilmemelidir.
Comirnaty LNP'lerinin toplam durumu
Son olarak, Raman ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi kullanılarak, BioNTech'in yukarıda belirtilen EMA belgesinde hatalı bir şekilde belirttiği gibi, LNP'lerin çekirdeğinin katı değil sıvı olduğu gösterildi. Yani bunlar SLN'ler veya NLC'ler değil, daha ziyade küçük emülsiyon damlalarıdır. Burada ayrıca Comirnaty LNP'lerinin, bazı yayınlarda öne sürüldüğü ve ayrıca BioNTech tarafından daha önceki bir raporda bahsedildiği gibi 6,9 ile 7,9 arasındaki pH aralığında ölçülebilir düzeyde katman benzeri (lamelli) lipid yapılar oluşturmadığı da belirtilmelidir.
Sorumluluk lisans yetkililerine aittir.
Genel olarak, Comirnaty LNP'lerinin yukarıda belirtilen raporda BioNTech tarafından sunulandan önemli ölçüde farklı yapılandırıldığı görülebilir. İlaçların etkilerinin ve yan etkilerinin kesin olarak anlaşılması, bunların ortalama kimyasal bileşimlerinin yanı sıra dozaj formundaki bireysel bileşenlerin mekansal dağılımı, yani molekülerden makroskobik (gözle görülebilen) yapısal yapıları hakkında ayrıntılı bilgi gerektirir. uzunluk ölçeği. Bu özellikle aktif bileşenler içeren LNP'lerin dispersiyonları kadar karmaşık sistemler için geçerlidir. Sorumlu otoriteler onay öncesinde bu bilgiyi üreticiden talep etmeli, detaylı incelemeli, (deneysel olarak) kontrol etmeli ve vatandaşları bilgilendirmek için detaylı olarak iletmelidir.
[1] T. Unruh, K. Götz, C. Vogel, E. Fröhlich, A. Scheurer, L. Porcar, F. Steiniger, mRNA İlaç Dağıtımı için Lipid Nanopartikül Formülasyonlarının Mezoskopik Yapısı: Ortak ve İlaçsız DispersiyonlarACS Nano 18 (2024) 9746 DOI: 10.1021/acsnano.4c02610
[2] Pazarlama izninin genişletilmesi ve varyasyonları grubu hakkında EMA, CHMP değerlendirme raporu, EMEA/H/C/005735/X/0044/G, 14 Ekim 2021, https://www.ema.europa.eu/en/documents / varyasyon-report/comirnaty-hc-5735-x-0044-g-epar-assessment-report-extension_en.pdf (24.09.2024, 13:16)
[3] J. Szebeni, B. Kiss, T. Bozó, K. Turjeman, Y. Levi-Kalisman, Y. Barenholz, M. Kellermayer, Comirnaty Covid-19 Aşısının Yapısına Bakış: Yumuşak, Kısmen İki Katmanlı Kaplı Bir Teori Hidrojen Bağıyla Stabilize Edilmiş mRNA-Lipit Komplekslerine Sahip Nanopartiküller, ACS Nano 17 (2023) 13147 DOI: 10.1021/acsnano.2c11904
Tobias Unruh FAU Erlangen-Nürnberg Fizik Bölümü'nde profesördür. Çok sayıda başka konunun yanı sıra, 25 yılı aşkın bir süredir parenteral kullanıma yönelik nanodispers ilaç taşıyıcı sistemlerin yapısı ve moleküler dinamikleri üzerine araştırma yapıyor ve yayınlıyor.