Un avance en nanotecnología acelera la producción de vacunas
Aunque han seguido surgiendo focos de COVID-19 impulsados por las variantes Delta, los datos siguen demostrando que las vacunas son eficaces para prevenir hospitalizaciones y muertes. Si bien se han administrado más de 4000 millones de dosis de vacunas en todo el mundo, solo el 27 % de la población mundial y solo el 1,1 % de las personas en países de bajos ingresos han recibido al menos una dosis de una vacuna contra la COVID-19. Aunque existen muchos desafíos en la cadena de suministro para la producción y distribución de estas vacunas (refrigeración, costes y transporte), uno en particular es la producción de nanopartículas lipídicas para las vacunas.
Figura 1: Desglose por país y continente del porcentaje de personas vacunadas
¿Por qué son esenciales las nanopartículas lipídicas para las terapias de ARNm?
La administración de terapias de ARNm en el cuerpo humano ha sido un desafío importante debido a la inestabilidad y las propiedades inherentes del ácido nucleico:
- La carga negativa y la hidrofilia impiden la difusión pasiva a través de las biomembranas
- La asociación con proteínas séricas, la captación por fagocitos y la degradación por nucleasas endógenas dificultan una administración eficiente
- Se requieren vectores de administración para protegerlos de la degradación y llevarlos a las células diana para una captación eficiente.
Las nanopartículas lipídicas (LNP, por sus siglas en inglés) han demostrado ser eficaces para proteger y transportar el ARNm al interior de las células, como se ha visto en las recientes vacunas de ARNm contra la COVID-19.
La producción de vacunas está limitada por el rendimiento de las nanopartículas lipídicas
Escalar la producción de cualquier terapia es difícil, pero la producción de estas nanopartículas lipídicas para satisfacer la demanda mundial de vacunas supone un desafío importante. La síntesis de los lípidos catiónicos ionizables patentados, desarrollados y optimizados especialmente para estas vacunas, es un proceso complejo de múltiples etapas. Pero existe un desafío aún mayor en la producción de LNP a gran escala: la tarea de combinar los lípidos y el ARNm en nanopartículas.
De hecho, para la producción eficiente de una formulación farmacéutica, la técnica de fabricación es de suma importancia. Los métodos tradicionales para la fabricación de LNP, que incluyen, entre otros, la hidratación de película delgada, la evaporación en fase inversa, la inyección de disolvente y la eliminación de detergentes, suelen dar lugar a partículas grandes (>100 nm) y heterogéneas con un bajo rendimiento de encapsulación, lo que requiere un paso adicional de reducción de tamaño, como la extrusión o la sonicación. Además, estos métodos son difíciles de escalar y no son consistentemente reproducibles.
La microfluídica es un nuevo enfoque
Recientemente, la microfluídica ha demostrado ser eficaz en la producción de LNP. En el método de enfoque microfluídico, una corriente de solución lipídica en alcohol se fuerza a través de un canal que es interceptado y recubierto por una corriente coaxial de una fase acuosa (Figura 2A). La difusión recíproca de alcohol y agua a través de la interfaz alcohol/agua hace que el lípido precipite y se autoensamble en LNP. Las técnicas microfluídicas son robustas, escalables y altamente reproducibles. Para las formulaciones de vacunas de ARNm, la mezcla lipídica incluye un lípido catiónico ionizable, junto con un lípido PEG y lípidos auxiliares (fosfatidilcolina, colesterol), mientras que la fase acuosa contiene el ácido nucleico. El lípido catiónico interactúa con el ácido nucleico cargado negativamente, lo que da como resultado LNP con una alta eficiencia de encapsulación. Se pueden producir LNP de tamaños definidos y con una distribución de tamaño estrecha controlando con precisión los parámetros operativos microfluídicos, como el caudal y las proporciones de los componentes. Sin embargo, el rendimiento del proceso es limitado (<10 mL/h), lo que crea un cuello de botella para la producción a gran escala de vacunas de ARNm.
Figura 2. Un dispositivo microfluídico de un solo canal (A) y un novedoso dispositivo microfluídico paralelizado (B) que contiene 128 canales de micromezclado trabajando en paralelo
Los primeros resultados son prometedores
Un reciente avance en tecnología de fabricación ha permitido multiplicar por más de cien la velocidad de producción microfluídica. Se ha construido un dispositivo microfluídico que contiene 128 canales de mezclado trabajando en paralelo, utilizando una plataforma de integración microfluídica a gran escala (VLSMI). Los canales mezclan cantidades precisas de lípidos y ARNm, creando nanopartículas lipídicas de tamaño y carga de ARNm encapsulado controlados con exactitud. El dispositivo supera en más de cien veces el rendimiento de un sistema de canal único (18,4 L/h) y ofrece una excelente capacidad de escalabilidad, permitiendo la producción masiva de nanopartículas lipídicas portadoras de ARN. Los resultados publicados indican que este dispositivo es eficaz para la producción de nanopartículas destinadas a terapias y vacunas basadas en ARNip y ARNm.
La producción de nanopartículas lipídicas impulsará más terapias de ARNm
El desarrollo de estas vacunas y terapias tiene el potencial de revolucionar la medicina mediante la edición genética y las terapias de reemplazo proteico. Actualmente, las vacunas de ARNm basadas en LNP han entrado en ensayos clínicos contra diversas enfermedades infecciosas, como las vacunas de ARNm modificado con nucleósidos para el virus Zika, el citomegalovirus, la tuberculosis y la gripe. Las vacunas terapéuticas de ARNm poseen un gran potencial en inmunoterapia oncológica contra el melanoma, el cáncer de ovario, el cáncer de mama y otros tumores sólidos.
El uso de ARNm para la expresión de proteínas terapéuticas es muy prometedor en el tratamiento de una amplia gama de enfermedades mediante terapia de reemplazo proteico. Esta tecnología de fabricación microfluídica responde a la necesidad clínica de una producción de LNP escalable, precisa y reproducible, facilitando la formulación rápida de LNP para una amplia variedad de terapias y vacunas de ARN. Aunque esto no resuelva por sí solo el reto de la distribución mundial, supone un avance crítico en la nueva era de curas y vacunas que el ARNm puede hacer posible.
