Tras la pandemia mundial de COVID-19, el desarrollo y la rápida implementación de vacunas de ARNm pusieron de relieve el papel fundamental de las nanopartículas lipídicas (LNP) en el contexto de los productos farmacéuticos. Utilizados como vehículos de administración esenciales para vacunas y terapias frágiles basadas en ARN, las LNP protegen el ARN de la degradación y garantizan una administración eficaz dentro del cuerpo.
A pesar de su importancia crítica, la fabricación a gran escala de estos LNP sufrió numerosos cuellos de botella durante la pandemia, lo que subraya la necesidad de técnicas de producción escalables que puedan seguir el ritmo de la demanda global.
Ahora, en un artículo publicado en las Proceedings of the National Academy of Sciences , investigadores de la Universidad de Pensilvania describen cómo la plataforma de generación de nanopartículas lipídicas escalables de silicio (SCALAR), una plataforma reutilizable basada en silicio y vidrio diseñada para transformar el panorama de producción de LNP para vacunas y terapias de ARN, ofrece una solución escalable y eficiente para los desafíos expuestos durante la crisis del COVID-19.
"Estamos entusiasmados de crear una plataforma tecnológica que cierre la brecha entre el descubrimiento a pequeña escala y la fabricación a gran escala en el ámbito de las vacunas y terapias con nanopartículas de lípidos de ARN", dice el coautor Michael Mitchell, profesor asociado de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn. "Al hacerlo, hemos superado efectivamente las barreras engorrosas, costosas y que requieren mucho tiempo que frenan el aumento de la producción de nuevos medicamentos y vacunas de ARN prometedores".
Las complejidades de las terapias basadas en ARN requieren que el ARN esté encerrado en un sistema de administración capaz de sortear los obstáculos biológicos del cuerpo. Las LNP cumplen esta función, permitiendo que el ARN llegue a las células deseadas para lograr el máximo impacto terapéutico. SCALAR pretende llevar esto un paso más allá, permitiendo una escalabilidad sin precedentes de tres órdenes de magnitud en las tasas de producción de LNP, abordando los cuellos de botella de velocidad y consistencia que obstaculizan los métodos existentes.
Sarah Shepherd, primera autora del artículo y reciente Ph.D. Un graduado que trabajó en el laboratorio Mitchell, dice:"Con SCALAR, no solo estamos reaccionando a los desafíos de hoy, sino que nos estamos preparando de manera proactiva para las oportunidades y crisis del mañana. Esta tecnología es flexible, utiliza arquitecturas de mezcla bien documentadas en microfluidos y es lo suficientemente escalable. para satisfacer las demandas futuras en tiempo real. Esto es un enorme avance para el campo."
Shepherd dice que SCALAR se basa en trabajos anteriores del laboratorio Mitchell y se basa en una plataforma de chip de microfluidos. Similar a un chip de computadora, en el que el circuito eléctricamente integrado de una computadora tiene numerosos pequeños transistores que transportan señales como unos o ceros para producir una salida, el microchip SCALAR controla con precisión sus dos reactivos clave, lípidos y ARN, para generar LNP.
Además, su plataforma puede tener una, 10 o 256 unidades de mezcla individuales para corresponder a las necesidades de casos de uso que van desde la detección y el desarrollo de fármacos a pequeña escala hasta formulaciones de mediana escala para estudios in vivo y a gran escala. formulaciones para aplicaciones clínicas.
Para garantizar la coherencia entre escalas, se utiliza la misma arquitectura de mezcla de microfluidos para todos los dispositivos y, para garantizar que los dos reactivos clave se distribuyan uniformemente en cada dispositivo de la matriz, el equipo integró microcanales de alta resistencia fluídica en el diseño para seguir lo establecido previamente. Reglas de diseño para dispositivos de microfluidos a gran escala. Esto garantiza que cada dispositivo del conjunto de unidades múltiples produzca LNP con características físicas idénticas, un atributo clave en la industria farmacéutica estrictamente regulada.
"Estamos encantados de haber podido utilizar la sala limpia del Centro Singh para fabricar chips multiusos que puedan soportar las altas temperaturas y los disolventes fuertes necesarios para limpiar los chips, haciéndolos reutilizables de forma segura", afirma Shepherd. /P>
Los chips SCALAR están hechos de silicio y vidrio, lo que proporciona varias ventajas sobre las plataformas existentes basadas en polímeros. No solo evitan los problemas de lixiviación de materiales asociados con estas plataformas, que provocan contaminación, sino que también permiten la esterilización a temperaturas extremadamente altas, lo que las hace ideales para aplicaciones farmacéuticas. Además, la plataforma se puede restablecer y reutilizar, lo que ofrece beneficios ambientales y reduce los costos generales de fabricación.
Si bien los investigadores utilizaron inicialmente la plataforma SCALAR para formular vacunas LNP de ARNm con codificación de picos de SARS-CoV-2, creen que las aplicaciones son mucho más amplias.
"Además de resolver una necesidad actual y crítica en la industria farmacéutica, el trabajo de Sarah es una combinación virtuosa de tecnologías de microfabricación, microfluidos y nanopartículas lipídicas", dice el coautor David Issadore, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. en Penn. "Hay muy pocos estudiantes que podrían haber logrado algo tan ambicioso en el plazo de un doctorado."
"Esta tecnología tiene el potencial de convertirse en una piedra angular en el campo de la nanomedicina, más allá de las terapias basadas en ARN", afirma Mitchell. "La escalabilidad y adaptabilidad de los chips SCALAR bien podrían convertirlos en la navaja suiza en el kit de herramientas de fabricación farmacéutica de nanopartículas lipídicas de ARN".
Más información: Sarah J. Shepherd et al, Fabricación escalable de rendimiento de vacunas de nanopartículas lipídicas de ARNm del SARS-CoV-2, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI:10.1073/pnas.2303567120
Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Pensilvania
