Um avanço na nanotecnologia acelera a produção de vacinas
Embora focos de COVID-19 continuem surgindo, impulsionados pelas variantes Delta, os dados ainda mostram que a vacinação é eficaz na prevenção de hospitalizações e mortes. Embora mais de 4 bilhões de doses de vacinas tenham sido administradas em todo o mundo, apenas 27% da população mundial e apenas 1,1% das pessoas em países de baixa renda receberam pelo menos uma dose de uma vacina contra a COVID-19. Embora existam muitos desafios na cadeia de suprimentos para a produção e distribuição dessas vacinas (refrigeração, custos e transporte), um deles, em particular, é a produção de nanopartículas lipídicas para vacinas.
Figura 1: Divisão por país e continente da parcela de pessoas vacinadas
Por que as nanopartículas lipídicas são essenciais para terapias de mRNA?
A entrega de terapias de mRNA no corpo humano tem sido um grande desafio devido à instabilidade e às propriedades inerentes do ácido nucleico:
- A carga negativa e a hidrofilicidade impedem a difusão passiva através das biomembranas
- A associação com proteínas séricas, a absorção por fagócitos e a degradação por nucleases endógenas dificultam a entrega eficiente
- Vetores de entrega são necessários para protegê-los da degradação e levá-los às células-alvo para uma absorção eficiente.
As nanopartículas lipídicas (LNPs) provaram ser bem-sucedidas na proteção e no transporte eficaz de mRNA para dentro das células, como visto nas recentes vacinas de mRNA contra a COVID-19.
A produção de vacinas é limitada pelo rendimento das nanopartículas lipídicas
Escalar a produção de qualquer terapia é difícil, mas a produção dessas nanopartículas lipídicas para atender à demanda mundial por vacinas é um grande desafio. A síntese dos lipídios catiônicos ionizáveis proprietários, especialmente desenvolvidos e otimizados para essas vacinas, é um processo complexo de várias etapas. Mas existe um desafio ainda maior na produção de LNPs em larga escala: a tarefa de combinar os lipídios e o mRNA em nanopartículas.
De fato, para a produção eficiente de uma formulação farmacêutica, a técnica de fabricação é de extrema importância. Os métodos tradicionais de fabricação de LNP, incluindo, mas não se limitando a, hidratação de filme fino, evaporação de fase reversa, injeção de solvente e remoção de detergente, geralmente resultam em partículas grandes (>100 nm) e heterogêneas com baixo rendimento de encapsulamento, exigindo uma etapa adicional de redução de tamanho, como extrusão ou sonicação. Além disso, esses métodos são difíceis de escalar e não são consistentemente reproduzíveis.
A microfluídica é uma nova abordagem
Recentemente, a microfluídica provou ser bem-sucedida na produção de LNPs. No método de focalização microfluídica, um fluxo de solução lipídica em álcool é forçado através de um canal que é interceptado e envolvido por um fluxo coaxial de uma fase aquosa (Figura 2A). A difusão recíproca de álcool e água através da interface álcool/água faz com que o lipídio precipite e se auto-monte em LNPs. As técnicas microfluídicas são robustas, escaláveis e altamente reproduzíveis. Para formulações de vacinas de mRNA, a mistura lipídica inclui um lipídio catiônico ionizável, juntamente com um lipídio PEG e lipídios auxiliares (fosfatidilcolina, colesterol), enquanto a fase aquosa contém o ácido nucleico. O lipídio catiônico interage com o ácido nucleico carregado negativamente, resultando em LNPs com alta eficiência de encapsulamento. LNPs de tamanhos definidos e distribuição de tamanho estreita podem ser produzidos controlando precisamente os parâmetros operacionais microfluídicos, como taxa de fluxo e proporções dos componentes. No entanto, o rendimento do processo é limitado (<10 mL/h), criando assim um gargalo para a produção em larga escala de vacinas de mRNA.
Figura 2. Um dispositivo microfluídico de canal único (A) e um novo dispositivo microfluídico paralelizado (B) contendo 128 canais de micromistura trabalhando em paralelo
Os primeiros resultados são promissores
Um recente avanço na tecnologia de fabricação permitiu um aumento de mais de cem vezes nas taxas atuais de produção microfluídica. Foi construído um dispositivo microfluídico contendo 128 canais de micromistura operando em paralelo – um dispositivo microfluídico paralelizado, utilizando uma plataforma de tecnologia de integração microfluídica em larga escala (VLSMI). Os canais misturam quantidades precisas de lipídios e mRNA, criando nanopartículas lipídicas com tamanho e quantidade de mRNA encapsulado controlados com precisão. O dispositivo possui mais de cem vezes a capacidade de processamento de um dispositivo microfluídico de canal único (18,4 L/h) e oferece uma excelente possibilidade para uma expansão ainda maior, permitindo assim a produção em massa de nanopartículas lipídicas transportadoras de RNA. Resultados publicados indicam que o dispositivo microfluídico paralelizado produz nanopartículas lipídicas eficazes para uso em terapias e vacinas baseadas em siRNA e mRNA.
A produção de nanopartículas lipídicas viabilizará mais terapias de mRNA
O desenvolvimento dessas vacinas e terapias tem o potencial de revolucionar a medicina por meio da edição genética e de terapias de reposição proteica. Atualmente, vacinas de mRNA baseadas em LNP entraram em ensaios clínicos contra diversas doenças infecciosas, como vacinas de mRNA modificado por nucleosídeos para o vírus Zika, citomegalovírus, tuberculose e influenza. Vacinas terapêuticas de mRNA possuem grande potencial na imunoterapia contra o câncer, incluindo melanoma, câncer de ovário, câncer de mama e outros tumores sólidos.
O uso de mRNA para a expressão de proteínas terapêuticas é muito promissor no tratamento de uma ampla gama de doenças por meio da terapia de reposição proteica. Esta tecnologia de fabricação microfluídica recém-desenvolvida atende à necessidade clínica de uma produção de LNP escalável, altamente precisa e reprodutível, permitindo assim a formulação rápida de LNPs para uma vasta gama de terapias e vacinas de RNA. Embora isso possa não resolver sozinho o desafio da distribuição global, é um avanço crítico em uma nova era de possíveis curas e vacinas que o mRNA pode desbloquear.
