Les chercheurs de Penn Engineering ont développé une nouvelle méthode de synthèse d’un composant essentiel des nanoparticules lipidiques (LNP), inspirée de la conception des navettes spatiales. Cette innovation simplifie la production de LNP et améliore la délivrance d’ARNm aux cellules, avec des applications prometteuses dans le traitement de l’obésité et des maladies génétiques. La technique implique une nouvelle stratégie de synthèse qui imite les fusées d’appoint de la navette spatiale, améliorant considérablement l’efficacité de la délivrance de l’ARNm.
S’inspirant de la technologie de la navette spatiale, les chercheurs de Penn Engineering ont développé une nouvelle méthode de synthèse d’un élément crucial des nanoparticules lipidiques (LNP). Ces LNP jouent un rôle essentiel dans l’administration de thérapies à ARNm, telles que celles de Pfizer-BioNTech et Moderna. COVID 19 vaccins, en améliorant à la fois la simplicité de la production de LNP et leur efficacité dans le transport de l’ARNm dans les cellules pour les traitements médicaux.
Dans un article en NNature Communications, Michael J. Mitchell, professeur agrégé au Département de bio-ingénierie, décrit une nouvelle façon de synthétiser des lipidoïdes ionisables, des composants chimiques clés des LNP qui aident à protéger et à délivrer des charges utiles médicinales. Pour cet article, Mitchell et ses coauteurs ont testé l’administration d’un médicament à ARNm pour traiter l’obésité et d’outils d’édition génétique pour traiter les maladies génétiques.
Rationalisation du processus de production
Des expériences antérieures ont montré que les lipidoïdes à queues ramifiées sont plus efficaces pour délivrer l’ARNm aux cellules, mais les méthodes de création de ces molécules sont longues et coûteuses. « Nous proposons une nouvelle stratégie de construction pour une synthèse rapide et rentable de ces lipidoïdes », explique Xuexiang Han, étudiant postdoctoral au Mitchell Lab et co-premier auteur de l’article.
Les nouvelles molécules, inspirées de la conception des fusées d’appoint jumelles de la navette spatiale, améliorent l’efficacité des nanoparticules lipidiques pour l’administration de médicaments tout en simplifiant leur fabrication. Crédit : Laboratoire Mitchell
La méthode consiste à combiner trois produits chimiques : une « tête » d’amine, deux « queues » d’époxyde d’alkyle et, enfin, deux « queues ramifiées » de chlorure d’acyle. La ressemblance du lipidoïde achevé avec une navette spatiale attachée à deux fusées d’appoint n’est pas une coïncidence : à l’université, se souvient Han, un documentaire sur la navette spatiale l’a impressionné par la conception des propulseurs de fusée à poudre qui permettaient à la navette d’entrer en orbite. « J’ai pensé que nous pourrions ajouter deux queues de branche comme « boosters » dans le lipidoïde pour favoriser la délivrance de l’ARNm », explique Han.
En effet, l’ajout de queues ramifiées a conduit à une augmentation frappante de la capacité des LNP équipés du nouveau lipidoïde à délivrer de l’ARNm aux cellules cibles, un peu comme une fusée dont les propulseurs lui permettent de pénétrer plus facilement dans l’atmosphère. « Nous avons constaté une augmentation spectaculaire d’une hormone qui régule le métabolisme pour cibler les cellules après avoir délivré de l’ARNm à l’aide de ces lipidoïdes, ce qui est vraiment excitant si l’on considère cela comme un moyen de traiter l’obésité », explique Mitchell.
Cette étude a été menée à la School of Engineering and Applied Science de l’Université de Pennsylvanie et soutenue par le Instituts nationaux de la santé (Prix DP2 TR002776) ; Prix de carrière Burroughs Wellcome Fund à l’interface scientifique ; National Science Foundation CAREER Award (CBET-2145491) et American Cancer Society (Grant RSG-22-122-01-ET).
Parmi les autres co-auteurs figurent Junchao Xu, Lulu Xue, Ningqiang Gong et Rohan Palanki de Penn Engineering ; Mohamad-Gabriel Alameh, Rakan El-Mayta, Claude C. Warzecha, James M. Wilson et Drew Weissman de la Perelman School of Medicine de Penn ; Gan Zhao et Andrew E. Vaughan de Penn Vet ; et Ying Xu de l’Université Case Western Reserve.
