Članek raziskovalcev Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru ter razvojnikov slovenskega podjetja Sartorius BIA Separations je bil izbran za naslovnico novembrske številke prestižne mednarodne revije Nature Reviews Chemistry (JCR faktor vpliva 51,7). Članek je nastal v sodelovanju s tujimi raziskovalci, Tristan Kovačič pa pri objavi natopa kot prvi, prof. dr. Urban Bren pa kot vodilni avtor.

Avtorji članka raziskujejo lipidne nanodelce (LNP) – drobne mehurčke iz maščob, ki so postali temelj sodobne biotehnologije. Prav v njih je med pandemijo COVID-19 potovala modificirana informacijska RNA (mRNA) v cepivih Pfizer-BioNTech in Moderna. Ta izjemno majhna “vozila” so sposobna prenesti navodila za izdelavo beljakovin neposredno v celice. A ker so sestavljena iz več kemijsko občutljivih komponent, se z njimi pojavljajo izzivi, ki so več kot zgolj tehnične podrobnosti – odločajo namreč o učinkovitosti in varnosti prihodnjih cepiv.

Najbolj pogosta sestava LNP-jev vsebuje kombinacijo štirih lipidov: ionizirajoči lipid, fosfolipid, holesterol in PEG-lipid. Ti se samosestavijo pod specifičnimi proizvodnimi pogoji in enkapsulirajo mRNA v svoje jedro. Toda v notranjosti nanodelca so lipidi in mRNA v izjemno tesnem stiku, kar ustvarja okolje, v katerem lahko potekajo neželene kemijske reakcije. Nekateri lipidi, zlasti tisti z dvojno vezjo ali aminsko skupino, so nagnjeni k oksidaciji – s kisikom reagirajo v aldehide, ki se kovalentno vežejo na mRNA in jo ireverzibilno spremenijo. Tako nastanejo t.i. lipid-RNA adukti, ki zmanjšajo učinkovitost mRNA in vodijo do nastanka napačne ali nepopolne beljakovine.

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. Znanstveniki zato razvijajo naprednejše načine nadzora – od kromatografije do masne spektrometrije – s katerimi lahko spremljajo dejansko kemijsko stabilnost znotraj LNP-jev.

Rešitev se skriva tudi v boljši zasnovi lipidov. Novi lipidi z imidazolovo ali piperidinsko glavo imajo specifične kemijske lastnosti, ki omogočajo samogašenje in preprečujejo tvorbo reaktivnih zvrsti. Veliko vlogo ima tudi formulacija raztopine: pufri, kot je TRIS, lahko delujejo kot “lovilci” reaktivnih zvrsti in tako ščitijo mRNA. Drugi načini shranjevanja, kot je liofilizacija – hladno sušenje formulacije – pa omogoča dolgotrajno shranjevanje cepiv pri višjih temperaturah brez izgube učinkovitosti.

Razumevanje in kontroliranje opisanih procesov je ključno za prihodnost medicine. V mRNA-tehnologiji se združujeta kemija in biologija – in prav na mestu, kjer se stikata, nastajajo izzivi, ki jih je treba obvladati.

Kot poudarjajo avtorji perspektive: 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 zdravljenje raka in genetskih bolezni.