Un rivestimento minerale protettivo identificato dai ricercatori di ingegneria biomedica dell'Università del Wisconsin-Madison potrebbe consentire di conservare a temperatura ambiente potenti terapie a base di RNA messaggero come i vaccini contro il COVID-19, rendendoli più accessibili alle comunità con risorse limitate in tutto il mondo.
In un articolo pubblicato sulla rivista Acta Biomaterialia , il professor William Murphy e i suoi collaboratori nel suo laboratorio spiegano in dettaglio come l'utilizzo di una composizione di rivestimento minerale ottimizzata possa mantenere l'attività dell'mRNA fino a sei mesi a temperatura ambiente. Con questo tipo di conservazione, le terapie basate sull'mRNA (vaccini contro le malattie infettive, ma anche trattamenti emergenti per il cancro e la rigenerazione dei tessuti) potrebbero essere conservate sugli scaffali delle cliniche locali.
Il rapido sviluppo di vaccini COVID-19 basati su mRNA ha rappresentato un punto di svolta nella pandemia. I vaccini utilizzano l'mRNA per indirizzare le cellule a produrre una proteina dalla superficie del virus, innescando una risposta immunitaria che prepara i nostri corpi alla realtà.
Stime multiple mostrano che i vaccini, risultato di decenni di ricerca incrementale sull'mRNA, alcuni dei quali hanno portato a un premio Nobel nel 2023, hanno salvato milioni di vite.
C'è solo un problema:i vaccini contro il COVID-19, così come altre terapie antitumorali basate su mRNA, richiedono la conservazione nella catena del freddo per mantenere la loro efficacia.
"Sembra un problema banale, ma in realtà è un problema tremendo", afferma Murphy, professore di ingegneria biomedica, ortopedia e riabilitazione. "Se stai cercando di portarli nell'Africa sub-sahariana, dovrai affrontare sfide notevoli."
Il responsabile dello studio Joshua Choe, un MD-Ph.D. uno studente del laboratorio di Murphy, ha esaminato 40 composizioni minerali con l'obiettivo di trovarne una che, se combinata con complessi di mRNA, ottimizzi la loro stabilità in formulazioni più semplici rispetto a quelle utilizzate per i vaccini attuali.
Alla fine, identificò una composizione con una quantità adeguata di citrato e fluoro che manteneva la potenza dell'mRNA liofilizzato. Ora sta applicando l’approccio a formulazioni simili a quelle utilizzate nei vaccini COVID con risultati iniziali promettenti. Il gruppo ha presentato un brevetto provvisorio basato sul lavoro svolto attraverso la Wisconsin Alumni Research Foundation.
"Fino a sei mesi, mantieni quell'attività, mentre senza usare il nostro minerale per immagazzinare quelle terapie a base di mRNA, perdi un bel po' dell'attività dopo due settimane, e poi diminuisce quasi a zero", dice Choe, che spera di lavorare come chirurgo ortopedico e ricercatore dopo la laurea.
L'approccio trae ispirazione dalla capacità documentata degli antichi fossili di preservare il DNA e le proteine. Gli scienziati hanno estratto con successo il DNA per analizzare il genoma di "Denny", un antenato umano di circa 90.000 anni i cui resti sono stati trovati in una grotta russa nel 2012. In un'altra scoperta in Tanzania, i ricercatori hanno trovato proteine intatte nei gusci di uova di struzzo che risalgono al 3,8 milioni di anni fa.
Il laboratorio di Murphy utilizza minerali per stabilizzare molecole biologiche per varie applicazioni biomediche da circa 15 anni e Choe ha visto l'opportunità di applicare la tattica alle terapie basate sull'mRNA mentre lavorava in laboratorio durante i giorni isolati dell'inverno 2020.
Oltre a dimostrare ulteriormente l'efficacia del loro approccio con i vaccini mRNA, Murphy e il suo gruppo stanno perseguendo il loro utilizzo per la rigenerazione dei tessuti, in particolare per il trattamento delle lesioni del midollo spinale, la guarigione delle ferite e la ricrescita della cartilagine, dei muscoli e delle ossa.
"Vogliamo essere in grado di ottenerlo in un modo che sia immediatamente disponibile, in modo da poter letteralmente prendere un trattamento dallo scaffale, applicarlo a un paziente e stimolare la rigenerazione dei tessuti", afferma Murphy.
William Murphy è il professore Harvey D. Spangler e H.I. Fellow della Facoltà di Romnes. È anche il direttore fondatore del Forward BIO Institute presso UW-Madison. Altri autori dell'articolo includono Hannah Brinkman, membro del laboratorio Murphy, DVM/Ph.D. studente e Jae Sung Lee, uno scienziato dello staff.
Ulteriori informazioni: Joshua A. Choe et al, I minerali biomimetici ottimizzati mantengono l'attività dei complessi di mRNA dopo la conservazione a lungo termine, Acta Biomaterialia (2023). DOI:10.1016/j.actbio.2023.11.044
Informazioni sul giornale: Acta Biomaterialia
Fornito dall'Università del Wisconsin-Madison
