Suite à la pandémie mondiale de COVID-19, le développement et le déploiement rapide de vaccins à ARNm ont mis en évidence le rôle essentiel des nanoparticules lipidiques (LNP) dans le contexte des produits pharmaceutiques. Utilisées comme véhicules d'administration essentiels pour les thérapies et les vaccins fragiles à base d'ARN, les LNP protègent l'ARN de la dégradation et assurent une administration efficace dans l'organisme.

Malgré leur importance cruciale, la fabrication à grande échelle de ces LNP a connu de nombreux goulots d'étranglement pendant la pandémie, soulignant la nécessité de techniques de production évolutives capables de suivre le rythme de la demande mondiale.

Maintenant, dans un article publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences , des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie décrivent comment la plateforme SCALAR (Silicon Scalable Lipid Nanoparticle Generation), une plateforme réutilisable à base de silicium et de verre conçue pour transformer le paysage de production de LNP pour les thérapies et les vaccins à ARN, offre une solution évolutive et efficace pour les défis révélés pendant la crise du COVID-19.

"Nous sommes ravis de créer une plate-forme technologique qui comble le fossé entre la découverte à petite échelle et la fabrication à grande échelle dans le domaine des vaccins et des thérapies à base de nanoparticules lipidiques d'ARN", déclare le co-auteur Michael Mitchell, professeur agrégé de bio-ingénierie à l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de Penn. "Ce faisant, nous avons effectivement surmonté les obstacles encombrants, longs et coûteux qui ralentissent la montée en puissance de la production de nouveaux médicaments et vaccins à ARN prometteurs."

Les subtilités des thérapies basées sur l’ARN nécessitent que l’ARN soit enfermé dans un système de délivrance capable de surmonter les obstacles biologiques du corps. Les LNP remplissent ce rôle, permettant à l’ARN d’atteindre les cellules prévues pour un impact thérapeutique maximal. SCALAR vise à aller plus loin, en permettant une évolutivité sans précédent de trois ordres de grandeur dans les taux de production de LNP, en s'attaquant aux goulots d'étranglement en matière de vitesse et de cohérence qui entravent les méthodes existantes.

Sarah Shepherd, première auteure de l'article et récente doctorante. diplômé qui a travaillé au Mitchell Lab, déclare :« Avec SCALAR, nous ne nous contentons pas de réagir aux défis d'aujourd'hui, mais nous nous préparons de manière proactive aux opportunités et aux crises de demain. Cette technologie est flexible, utilise des architectures de mélange bien documentées en microfluidique et est suffisamment évolutive. pour répondre aux demandes futures en temps réel. C'est un énorme pas en avant pour le domaine."

Shepherd dit que SCALAR s'appuie sur des travaux antérieurs du laboratoire Mitchell et est basé sur une plate-forme de puce microfluidique. Semblable à une puce informatique, dans laquelle le circuit électriquement intégré d'un ordinateur comporte de nombreux petits transistors transportant des signaux sous forme de uns ou de zéros pour produire une sortie, la micropuce SCALAIRE contrôle avec précision leurs deux réactifs clés, les lipides et l'ARN, pour générer des LNP.

De plus, leur plateforme peut disposer d'une, 10 ou 256 unités de mélange individuelles pour correspondre aux besoins d'utilisation allant du criblage et du développement de médicaments à petite échelle, aux formulations à moyenne échelle pour les études in vivo, en passant par les formulations à grande échelle. formulations pour applications cliniques.

Pour garantir la cohérence à toutes les échelles, la même architecture de mélange microfluidique est utilisée pour tous les appareils et, pour garantir que les deux réactifs clés sont distribués uniformément sur chaque appareil de la matrice, l'équipe a intégré des microcanaux à haute résistance fluidique dans la conception à suivre précédemment établie. règles de conception pour les dispositifs microfluidiques à grande échelle. Cela garantit que chaque dispositif de la matrice multi-unités produit des LNP avec des caractéristiques physiques identiques, un attribut clé dans l'industrie pharmaceutique étroitement réglementée.

"Nous sommes ravis d'avoir pu utiliser la salle blanche du Singh Center pour fabriquer des puces polyvalentes capables de résister à la chaleur élevée et aux solvants agressifs nécessaires pour nettoyer les puces, les rendant ainsi réutilisables en toute sécurité", a déclaré Shepherd.

Les puces SCALAR sont fabriquées à partir de silicium et de verre, ce qui offre plusieurs avantages par rapport aux plates-formes existantes à base de polymère. Non seulement ils évitent les problèmes de lixiviation des matériaux associés à ces plates-formes, qui conduisent à une contamination, mais ils permettent également la stérilisation à des températures extrêmement élevées, ce qui les rend idéales pour les applications pharmaceutiques. De plus, la plate-forme peut être réinitialisée et réutilisée, offrant des avantages environnementaux et réduisant les coûts globaux de fabrication.

Alors que les chercheurs ont initialement utilisé la plateforme SCALAR pour formuler des vaccins LNP à ARNm codant pour les pointes du SRAS-CoV-2, ils pensent que les applications sont beaucoup plus larges.

"En plus de répondre à un besoin actuel et critique de l'industrie pharmaceutique, le travail de Sarah est une combinaison virtuose de technologies de microfabrication, de microfluidique et de nanoparticules lipidiques", déclare le co-auteur David Issadore, professeur de bio-ingénierie à l'École d'ingénierie et de sciences appliquées. à Penn. "Très peu d'étudiants auraient pu réaliser quelque chose d'aussi ambitieux dans le délai d'un doctorat."

"Cette technologie a le potentiel de devenir une pierre angulaire dans le domaine de la nanomédecine, au-delà des thérapies basées sur l'ARN", déclare Mitchell. "L'évolutivité et l'adaptabilité des puces SCALAR pourraient bien en faire le couteau suisse dans la boîte à outils de fabrication pharmaceutique de nanoparticules lipidiques d'ARN."

Plus d'informations : Sarah J. Shepherd et al, Fabrication évolutive de vaccins à base de nanoparticules lipidiques à ARNm du SRAS-CoV-2, Actes de l'Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2303567120

Informations sur le journal : Actes de l'Académie nationale des sciences

Fourni par l'Université de Pennsylvanie