In colture cellulari e modelli murini, gli scienziati dell'OSU College of Pharmacy hanno dimostrato una nuova tecnica per l'aerosol di nanoparticelle inalabili che possono essere utilizzate per trasportare l'RNA messaggero, la tecnologia alla base dei vaccini COVID-19, ai polmoni dei pazienti.

I risultati sono importanti perché l'attuale metodo di nebulizzazione delle nanoparticelle le sottopone a stress di taglio, ostacolando la loro capacità di incapsulare il materiale genetico e facendole aggregare in alcune aree dei polmoni anziché diffondersi uniformemente, hanno affermato i ricercatori.

Lo studio condotto da Gaurav Sahay, professore di scienze farmaceutiche, è stato pubblicato su ACS Nano .

Il laboratorio di Sahay studia le nanoparticelle lipidiche, o LNP, come veicolo di trasporto genico con particolare attenzione alla fibrosi cistica, una malattia genetica progressiva che provoca un'infezione polmonare persistente e colpisce 30.000 persone negli Stati Uniti, con circa 1.000 nuovi casi identificati ogni anno.

Un gene difettoso, il regolatore della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica, o CFTR, causa la malattia, caratterizzata da disidratazione polmonare e accumulo di muco che blocca le vie aeree.

I lipidi sono composti organici contenenti code di grasso e si trovano in molti oli e cere naturali, mentre le nanoparticelle sono minuscoli pezzi di materiale di dimensioni variabili da uno a 100 milionesi di metro. L'RNA messaggero fornisce istruzioni alle cellule per produrre una particolare proteina.

Con i vaccini contro il coronavirus, l’mRNA trasportato dalle nanoparticelle lipidiche istruisce le cellule a produrre un pezzo innocuo della proteina spike del virus, che innesca una risposta immunitaria da parte del corpo. Come terapia per la fibrosi cistica, il materiale genetico risolverebbe il difetto nel gene CFTR dei pazienti.

"Abbiamo utilizzato un nuovo chip microfluidico che aiuta nella generazione di pennacchi che trasportano nanoparticelle e non causa alcuno stress di taglio", ha detto Sahay. "Questo dispositivo si basa sull'idea simile di una cartuccia a getto d'inchiostro che genera pennacchi per stampare parole su carta."

Quattro anni fa, ha detto Sahay, una startup con sede nell'Oregon chiamata Rare Air Health Inc. lo ha contattato riguardo alla prospettiva di utilizzare la tecnologia microfluidica per l'aerosol e il rilascio di nanoparticelle lipidiche.

La microfluidica è lo studio di come si comportano i fluidi mentre viaggiano o sono confinati in dispositivi microminiaturizzati dotati di canali e camere. Le forze superficiali, contrariamente alle forze volumetriche, dominano i fluidi su microscala, il che significa che lì i fluidi agiscono in modo molto diverso rispetto a quanto osservato nella vita di tutti i giorni.

"Quando Rare Air è venuto da me, ho pensato che il dispositivo avrebbe potuto funzionare alla grande per i nostri scopi, e ciò che è seguito sono stati studi approfonditi che hanno dimostrato la superiorità di questo dispositivo nella generazione di nanoparticelle aerosolizzate rispetto ai nebulizzatori a rete vibrante utilizzati clinicamente", ha detto Sahay.

"Il dispositivo non consente l'aggregazione delle nanoparticelle e può fornire mRNA con una precisione maggiore rispetto alla tecnologia esistente. L'ulteriore aspetto interessante è che questo dispositivo può essere controllato digitalmente e Rare Air sta sviluppando prototipi per uso umano."

Oltre a Sahay, gli altri ricercatori dell’Oregon State coinvolti nello studio erano Yulia Eygeris, Jeonghwan Kim, Antony Jozić ed Elissa Bloom. Hanno preso parte alla collaborazione anche gli scienziati della Funai Microfluidic Systems di Lexington, Kentucky.

"Funai si concentra sulla tecnologia a getto d'inchiostro e sulla costruzione di questi chip su larga scala; hanno lavorato a stretto contatto per consentire al dispositivo di essere adatto all'aerosol", ha affermato Sahay, che oltre al suo ruolo presso OSU funge da consulente e consulente per Rare Air. "Questo studio dimostra un connubio tra nuovi dispositivi e scienza della formulazione che potrebbe avere un impatto enorme sulla salute umana."