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Infektionskrankheiten stellen eine ernsthafte Bedrohung für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt dar und sind in einigen Entwicklungsländern immer noch eine der häufigsten Todesursachen. Die prophylaktische Impfung war eine der wirksamsten Interventionen der modernen Gesellschaft zur Vorbeugung und Bekämpfung von Infektionskrankheiten1,2. Diese entscheidenden Meilensteine der Wissenschaft in der Relevanz des20.Jahrhunderts wurden durch die jüngste weltweite Covid-19-Pandemie, die durch das SARS-CoV-2-Virus verursacht wurde, hervorgehoben3. In Anerkennung der Bedeutung effizienter Impfstoffe, um die Verbreitung der Krankheit einzudämmen, haben die Kooperationsbemühungen aller biomedizinischen Gemeinschaften in weniger als einem Jahr erfolgreich zu vielen prophylaktischen Impfstoffen auf dem Markt geführt4.
Traditionell bestanden Impfstoffe aus abgeschwächten (lebend, reduzierte Virulenz) oder inaktivierten (Todespartikel) Viren. Für einige Krankheiten ohne Spielraum für Sicherheitsfehler sind virale Partikel jedoch nicht möglich, und stattdessen werden Proteinuntereinheiten verwendet. Dennoch ermöglichen Untereinheiten in der Regel nicht die Kombination von mehr als einem Epitop / Antigen, und Adjuvantien sind erforderlich, um die Impfkraft zu erhöhen5,6. Daher ist der Bedarf an neuartigen Impfstofftypen klar.
Wie während der aktuellen Pandemie gezeigt wurde, können neuartige Impfstoffkandidaten auf basis von Nukleinsäuren vorteilhaft sein, um lange Entwicklungsprozesse zu vermeiden und eine hohe Vielseitigkeit zu bieten und gleichzeitig eine lebenswichtige Immunisierung des Patienten zu erzeugen. Dies ist der Fall bei mRNA-Impfstoffen, die ursprünglich als experimentelle Krebsimpfstoffe konzipiert wurden. Dank ihrer natürlichen Fähigkeit, antigenspezifische T-Zell-Antworten zu produzieren3,5,6,7. Da mRNA das Molekül ist, das für das antigene Protein kodiert und sich nur gleich verändert, kann der Impfstoff schnell angepasst werden, um andere Varianten desselben Mikroorganismus, verschiedene Stämme, andere infektiöse Mikroorganismen zu immunisieren oder sogar eine Krebsimmuntherapie zu werden. Darüber hinaus sind sie vorteilhaft in Bezug auf die Produktionskosten im großen Maßstab. mRNA hat jedoch eine erhebliche Hürde, die ihre nackte Verabreichung behindert: Ihre Stabilität und Integrität sind in physiologischen Medien voller Nukleasen beeinträchtigt. Aus diesem Grund ist die Verwendung eines nanometrischen Trägers erforderlich, der sie schützt und mRNA zu den Antigen-präsentierenden Zellenvektorisiert 2,8.
In diesem Zusammenhang sind Poly(beta-Aminoester) (pBAE) eine Klasse von biokompatiblen und biologisch abbaubaren Polymeren, die dank ihrer kationischen Ladungen eine bemerkenswerte Fähigkeit gezeigt haben, mRNA in nanometrischen Partikeln zu komplexieren9,10,11. Diese Polymere bestehen aus Esterbindungen, was ihren Abbau durch Esterasen unter physiologischen Bedingungen erleichtert. Unter den pBAE-Bibliothekskandidaten zeigten diejenigen, die mit endkationischen Oligopeptiden funktionalisiert wurden, eine höhere Fähigkeit, kleine Nanopartikel zu bilden, um durch Endozytose effizient in Zellen einzudringen und das verkapselte Genmaterial zu transfizieren. Darüber hinaus ermöglicht die Versauerung des Endosomenkompartiments dank ihrer Pufferkapazität ein endosomales Entweichen12,13. Nämlich eine spezifische Art von pBAE, einschließlich hydrophober Einheiten auf ihrem Rückgrat (die sogenannte c6 pBAE), um ihre Stabilität zu verbessern, und eine End-Oligopeptid-Kombination (60% des polymeren modifizierten Polymers mit einem Tri-Lysin und 40% des Polymers mit einem Tri-Histidin), die selektiv Antigen-präsentierende Zellen nach parenteraler Verabreichung transfiziert und die mRNA-kodierte Antigenpräsentation gefolgt von einer Mäuse-Immunisierung erzeugt, wurde kürzlich veröffentlicht14 . Darüber hinaus wurde auch gezeigt, dass diese Formulierungen einen der Hauptengpässe von Nanomedizinformulierungen umgehen könnten: die Möglichkeit, sie zu gefriertrocknen, ohne ihre Funktionalität zu verlieren, was eine Langzeitstabilität in weichen, trockenen Umgebungen ermöglicht15.
In diesem Zusammenhang besteht das Ziel des aktuellen Protokolls darin, das Verfahren zur Bildung der mRNA-Nanopartikel der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung zu stellen, indem eine Beschreibung der kritischen Schritte im Protokoll gegeben und die Herstellung effizienter Impfstoffe für die Prävention von Infektionskrankheiten und Tumorbehandlungsanwendungen ermöglicht wird.
Das folgende Protokoll beschreibt das komplette Training zur Synthese von Oligopeptid-endmodifizierten Poly(beta-Aminoestern) - OM-pBAE-Polymeren, die weiterhin für die Nanopartikelsynthese verwendet werden. Im Protokoll ist auch die Formulierung von Nanopartikeln enthalten. Darüber hinaus werden kritische Schritte für den Erfolg des Verfahrens und repräsentative Ergebnisse bereitgestellt, um sicherzustellen, dass die resultierenden Formulierungen die erforderlichen Qualitätskontrollcharakterisierungsmerkmale erfüllen, um ein positives oder negatives Ergebnis zu definieren. Dieses Protokoll ist in Abbildung 1zusammengefasst.