A new framework bridges a gap in understanding RNA therapeutics by linking the structure of lipid nanoparticles to immune response. It can help scientists and engineers expand the use of RNA medicines beyond vaccines to other therapeutic applications.
一个新的框架通过将脂质纳米颗粒的结构与免疫反应联系起来，弥合了理解RNA疗法的差距。它可以帮助科学家和工程师将RNA药物的使用范围从疫苗扩展到其他治疗应用
几十年的研究已经产生了脂质纳米粒子结构，可以将RNA递送到体内的特定位置。这项基础性研究是新冠肺炎mRNA疫苗在大流行期间得以如此迅速开发的原因之一
然而，由于主要关注递送机制，对递送载体的免疫反应关注较少。科学家们还不知道不同的脂质纳米粒子结构是如何与免疫系统相互作用的。Kathryn Whitehead和她在卡内基梅隆大学的实验室正在努力填补缺失的信息
建立脂质化学和免疫反应之间的关系是必要的，以便将脂质纳米粒子的使用扩展到RNA疫苗之外
体内的细胞具有检测病原体并引发免疫反应的受体。因为不同的蛋白质识别不同类型的分子，身体能够调节其反应。有识别RNA的蛋白质受体，RNA是病毒感染的标志。其他蛋白质受体与脂质结合，这可能表明细菌感染
为了制造递送RNA的纳米粒子，化学工程和生物医学工程教授Whitehead使用合成脂质。它们由碳和胺组成，其中含有氮
在最近发表在《自然生物医学工程》上的研究中，Whitehead和Namit Chaudhary将脂质纳米颗粒引起的免疫反应与其脂质化学联系起来。他们发现，一些基于氮化学的脂质结构与受体结合非常强，而另一些则结合较弱。强烈的相互作用会触发受体，最终引发免疫反应
基于这些发现，Whitehead和Chaudhary创建了一个计算机模型来预测哪些脂质纳米粒子结构会引起免疫反应。他们通过实验验证了他们的预测
Whitehead和Chaudhary还假设他们的合成脂质与细胞膜上的脂质相互作用。他们发现，抑制免疫反应的脂质纳米粒子阻止了细胞膜表面形成脂质结构域它们干扰了信号通路，包括那些原本会发出免疫反应信号的通路。引起免疫反应的脂质纳米粒子与细胞膜相互作用，而不破坏其信号功能
怀特黑德实验室的多管齐下方法使用了计算工具和实验工具。他们可以在计算机上筛选数千个分子，以识别出具有所需反应的分子。Chaudhary说：“我们可以从数万个样本中筛选出一个可管理的群体，我们可以在实验室中合成并进行实验测试。你不能做那么多实验，但你可以做那么多模拟。”
Chaudhary在新冠肺炎大流行期间开始开发计算工具，当时实验室设施关闭。他的实验数据没有意义，所以他转向了他仍然可以访问的东西：计算机。封锁迫使他提出了不同的问题，乔杜里说这改变了他的研究方向
他说：“这提醒我们，不同背景的人聚集在一起讲述一个故事。”。“计算工作植根于热力学，这是化学工程，而其余的工作是生物医学工程和免疫学。”当实验室重新开放时，Chaudhary能够通过实验验证他在计算上看到的东西
这些发现将帮助工程师在设计用于药物输送的脂质纳米颗粒时定制免疫反应。Whitehead和Chaudhary的框架可以快速且廉价地识别脂质
Chaudhary解释说：“对于疫苗，我们可能想要更具免疫原性的东西，这样疫苗的反应会更好。但是，如果我们将一些东西输送到大脑或肝脏，我们可能不想引起可能引起毒性的实质性免疫反应。”
他认为该框架有可能成为未来开发治疗方法的决策树的一部分