Ex Vivo-Prepared Lipid-Based Nanoparticles

Read Also

Liposom

Liposom adalah platform pengiriman nanopartikel paling awal. Mereka terdiri dari satu (unilamellar) atau lebih (multilamellar) fosfolipid bilayer yang mengelilingi inti berair yang menampung obat yang diinginkan dan menyerupai membran biologis. Komposisi dan preparasi liposom dapat disesuaikan dengan fitur yang diinginkan seperti komposisi lipid, muatan, ukuran, jebakan, dan lokasi antigen atau adjuvant. Ajuvan intrinsik liposom telah lama dikonfirmasi dan, tidak seperti ajuvan lainnya, mereka telah menunjukkan reaktogenisitas minimal dan beberapa kasus menyebabkan reaksi terkait hipersensitivitas pada subjek yang diimunisasi. Hal ini dapat dikaitkan dengan ukuran dan bentuknya, yang meniru mikroba patogen dan beberapa struktur subseluler, yang mengarah pada kebangkitan mekanisme eliminasi yang kuat melalui respons humoral dan seluler. Memang, ukuran banyak virus umum yang secara bebas dapat mengalirkan kelenjar getah bening adalah antara 30-200 nm. Dimensi liposom dapat mempengaruhi kemanjuran adjuvant mereka, dan beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa respon Th1 dan Th2 dapat ditimbulkan oleh variasi ukuran partikel. Secara khusus, dalam kasus vaksinasi vesikel besar (>225 nm) respon Th1 secara signifikan lebih tinggi telah dilaporkan, sedangkan antigen yang sama dikemas dalam liposom kecil (<155 nm) menginduksi respon Th2 yang lazim. Efek kekebalan yang bergantung pada ukuran ini terutama dikaitkan dengan cara masing-masing masuk ke kelenjar getah bening. Partikel yang lebih kecil dengan bebas menembus kelenjar getah bening yang mengalir sedangkan vesikel yang lebih besar diinternalisasi oleh sel dendritik yang bergantung pada jaringan. Vania Manolova dkk. menunjukkan bahwa, untuk asosiasi partikel besar dengan DC turunan monosit, harus ada transportasi terkait sel. Sebaliknya, CD8α+ DC residen LN sebagian besar terkait dengan partikel kecil (Gambar 1). Vesikel yang lebih besar menunda pembersihan, mengakibatkan waktu pemaparan antigen yang berkepanjangan di tempat suntikan (efek depot). Seperti disebutkan di atas, muatan liposom juga harus dipertimbangkan. Liposom kationik lebih disukai digunakan sebagai pembawa vaksin, karena muatan positif memberikan tingkat pembersihan yang berkurang, waktu pemaparan antigen yang berkepanjangan pada permukaan mukosa (efek depot), dan peningkatan endositosis liposom oleh APC. Selain itu, liposom bermuatan positif menunjukkan peningkatan adjuvanticity atas liposom bermuatan netral dan negatif. Beberapa ajuvan liposom telah dilisensikan untuk digunakan manusia dan lainnya sedang dievaluasi dalam uji klinis. Pada tahun 1995, FDA menyetujui obat nano pertama (Doxil), liposom yang mengandung doxorubicin yang digunakan dalam pengobatan kanker. Vaksin yang tersedia secara komersial termasuk Cervex®, Inflexal®, dan Epaxal®, masing-masing untuk melawan infeksi virus papiloma manusia, virus influenza, dan hepatitis A. Liposom membuka jalan bagi penerapan nanoteknologi sebagai pembawa obat dan vaksin, dan pengembangan selanjutnya dari turunan yang ditingkatkan seperti nanopartikel lipid.

Gambar 1. Perdagangan nanopartikel dari kulit ke kelenjar getah bening yang mengering dengan cara yang bergantung pada ukuran. Partikel besar bergerak dari ruang interstisial melalui DC mengambil, melibatkan aktivasi molekul adhesi sel, dan terutama menginduksi respon Th1 (peningkatan IgG2a dalam plasma) dan peningkatan IFNγ di kelenjar getah bening. Nanopartikel kecil mengalir bebas ke kelenjar limfoid dan menginduksi respon Th2 dari peningkatan IgG1 dan IL5.

Lipid Nanopartikel

Baik liposom dan LNP digunakan sebagai pembawa obat dalam tubuh; namun, LNP hanya memiliki satu lapisan luar fosfolipid yang membungkus bagian dalam. LNP biasanya memiliki empat komponen: 1—lemak yang dapat terionisasi atau kation, yang memungkinkan pelepasan mRNA endosom ke sitoplasma; 2—lipid-linked polyethylene glycol (PEG) yang meningkatkan waktu paruh formulasi; 3—kolesterol sebagai zat penstabil; 4—fosfolipid alami yang mendukung struktur bilayer. Ini memberikan peningkatan stabilitas kargo, morfologi yang kaku, dan penetrasi seluler yang lebih efisien. Dua vaksin COVID-19 berbasis mRNA dikembangkan menggunakan nanopartikel lipid ini. Profil keamanan biologis yang tinggi dari vaksin atau terapi berbasis mRNA adalah keuntungan yang menonjol, karena perhatian terbesar dengan terapi asam nukleat adalah risiko perubahan permanen dalam genom. mRNA tidak menular, tidak terintegrasi, dan waktu paruh in vivonya dapat diatur menggunakan berbagai modifikasi dan metode pengiriman. mRNA terdegradasi oleh proses seluler normal yang dimanifestasikan oleh mesin enzimatik yang tersedia berlimpah, dan RNA telanjang dengan cepat terdegradasi oleh RNase ekstraseluler. Namun, daya degradasinya yang tinggi juga merupakan tantangan terbesar dalam memanfaatkan molekul mRNA dalam terapi, karena ekspresinya yang cukup bergantung pada distribusi yang stabil dan efisien. Dengan tujuan ini, nanopartikel berbasis lipid diadopsi dengan formulasi yang lebih baik. Kunci keberhasilan NLP yang digunakan dalam vaksin COVID-19 adalah zat lipid terionisasi yang mengubah muatan sesuai dengan pH lingkungan. NLP bermuatan positif selama produksi untuk meningkatkan kompleksasi mRNA dalam buffer asam, tetapi berubah menjadi muatan netral dalam kondisi fisiologis yang mengurangi toksisitas pasca infeksi. Karena membran biologis dan asam nukleat bermuatan negatif, sulit untuk mengirimkan mRNA melintasi penghalang ini; peralihan ke NLP yang hampir bermuatan netral pada pH fisiologis memfasilitasi penetrasi sel mRNA. Selanjutnya, NLP beralih lagi ke positif saat pH dalam endosom turun, yang sangat penting untuk pelepasan endosom untuk pengiriman intraseluler yang efektif (Gambar 2). Setelah injeksi intramuskular vaksin LNP yang dimuat mRNA, partikel dapat diinternalisasi oleh sel interstisial atau dialirkan langsung ke kelenjar getah bening. Ada beberapa jenis sel opsional untuk terjemahan mRNA, termasuk sel somatik, APC residen atau yang direkrut (antigen-presenting cells) di ruang interstisial, atau di kelenjar getah bening, oleh berbagai sel imun yang berada, termasuk sel T dan B naif. Selanjutnya, spike antigen yang diekspresikan dapat didegradasi dan disajikan pada MHC-1, yang kemudian mengikat epitop ke sel T CD8+, atau diendositosis oleh APC. APC menyajikan epitop oleh MHC II untuk sel CD4+. Selain itu, antigen spike yang disekresikan dapat diinternalisasi oleh reseptor sel B. Meskipun formulasi dioptimalkan dari lipid terionisasi menggantikan lipid kationik permanen diharapkan kurang beracun, masih ada bukti efek samping yang menunjukkan peradangan akut. Penelitian yang diterbitkan sebelumnya menggambarkan bahwa LNP kosong menyebabkan respon imun bawaan, meskipun anggapan bahwa platform vaksin ini terutama non-inflamasi. Inflamasi terdiri dari infiltrasi leukosit, aktivasi jalur inflamasi, dan sekresi sitokin. Dengan demikian, LNP dapat berfungsi sebagai pembawa partikel dengan aktivitas adjuvant. Namun, keseimbangan sifat inflamasi positif dan negatif harus dievaluasi, karena ada kemungkinan memperburuk efek samping potensial karena lingkungan inflamasi yang kuat yang diinduksi oleh LNP dikombinasikan dengan presentasi peptida turunan vaksin di luar APC.

Gambar 2. Komponen lipid terionisasi nanopartikel lipid memfasilitasi pengiriman kargo mRNA. Transisi LNP antara muatan positif dan netral dari langkah pemuatan mRNA ke pelepasan akhir ke sitoplasma sel ditunjukkan. Dalam kondisi asam, lipid terionisasi bermuatan positif, yang mendorong pemuatan mRNA. Kemudian, dalam sirkulasi sistemik, mereka menjadi positif netral, yang menurunkan toksisitasnya dan mencegah penyerapan cepat oleh sel-sel imun. Muatan yang sedikit positif memudahkan masuknya partikel ke dalam sel melalui endositosis. Setelah pengasaman di endosom, partikel menjadi positif lagi, yang menginduksi struktur fase heksagonal, mengganggu membran endosom.