Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru je uspel izjemen dosežek. Ne le, da je njihov profesor in raziskovalec Urban Bren te dni prejel Zoisovo priznanje, v sodelovanju z Ajdovskim podjetjem Sartorius BIA Separations je objavil še znanstveni članek v eni najuglednejših svetovnih revij s področja kemije - Nature Reviews Chemistry. Prispevek o kemijski reaktivnosti lipidnih nanodelcev, temeljni tehnologiji mRNA cepiv, je bil izbran celo za naslovnico novembrske številke te revije, katere faktor vpliva znaša kar 51,7. Za kako prestižno znanstveno revijo gre, pove podatek, da ima večina kakovostnih revij faktor vpliva med 3 in 15.
Prispevek je sicer rezultat dela več mednarodnih raziskovalcev, a profesor Bren je odgovorni avtor članka, prvi avtor pa je Tristan Kovačič, njegov doktorski študent in razvojnik iz podjetja Sartorius BIA Separations. "Ker prav na tehnologiji lipidnih nanodelcev temeljijo vsa mRNA cepiva, s katerimi smo bili cepljeni med pandemijo COVID-19, ter številne nove terapije pri zdravljenju raka in dednih bolezni, trdno verjameva, da je naš članek izjemno zanimiv tudi za širše občinstvo," pravita Bren in Kovačič.
"Vozila" za prenos genetskih informacij
Avtorji so razkrili, kako lahko kemijske reakcije znotraj lipidnih nanodelcev poškodujejo mRNA v cepivih in terapevtikih. Lipidni nanodelci so drobni mehurčki iz maščob, ki so postali temelj sodobne biotehnologije. Služijo kot "vozila" za prenos genetskih informacij, predvsem mRNA, v celice. Med pandemijo so prav ti nanodelci omogočili, da so cepiva podjetij Pfizer-BioNTech in Moderna dostavila navodila za tvorbo zaščitnih beljakovin.
Za vsem tem se skriva zahtevna kemija. Lipidni nanodelci so sestavljeni iz štirih glavnih lipidov: ionizirajočega lipida, fosfolipida, holesterola in PEG-lipida. Ti se pod specifičnimi pogoji samosestavijo in v svojo notranjost ujamejo mRNA. Toda v tej mikroskopski "kapsuli" lahko potekajo neželene kemijske reakcije, lipidi in mRNA so namreč v zelo tesnem stiku, kar ustvarja okolje, kjer lahko pride do oksidacije in tvorbe reaktivnih spojin. Kot pojasnjujeta avtorja članka, nekateri lipidi ob stiku s kisikom tvorijo aldehide, ki se kemijsko vežejo na mRNA in jo poškodujejo. Nastanejo t. i. lipid-RNA adukti, ki zmanjšajo učinkovitost cepiva in lahko vodijo do napačne ali nepopolne sinteze beljakovin.
Boj proti virusom in zdravljenje raka
"Eden izmed izzivov je v tem, da običajne analitske metode teh sprememb ne zaznajo. Včasih se zato zdi, da ima cepivo sicer vse ustrezne lastnosti, a v resnici ne deluje več tako učinkovito," razlagata Bren in Kovačič. Skupaj z drugimi avtorji sta zato predstavila napredne metode, s katerimi bi lahko natančno spremljali kemične spremembe v notranjosti nanodelcev, med njimi tudi masno spektrometrijo in napredno kromatografijo. "Rešitev se skriva tudi v inovativni zasnovi lipidov," dodajata Bren in Kovačič. Novi tipi lipidov z imidazolovo ali piperidinsko skupino lahko sami preprečujejo tvorbo reaktivnih zvrsti in tako ščitijo mRNA. Pomembno vlogo imajo tudi dodatki, kot so pufri (uravnevalci vrednosti pH), ki delujejo kot "lovilci” reaktivnih spojin, ter načini shranjevanja, kot je liofilizacija – hladno sušenje, ki omogoča dolgotrajno stabilnost cepiv brez potrebe po ekstremnem hlajenju, pojasnjujeta.
"Kemijska stabilnost ni obrobna tema, temveč ključ do zanesljive biologije. Če bomo znali nadzorovati te škodljive reakcije, bodo mRNA-cepiva postala varnejša, stabilnejša in dostopnejša - ne le v boju proti virusom, temveč tudi pri zdravljenju raka in genetskih bolezni," še povesta avtorja članka, ki je pomemben ne le za znanstveno skupnost, pač pa tudi za prihodnost medicine.
