Como qualquer nutricionista lhe dirá, algumas gorduras são boas – e isso certamente é verdade para as pequenas bolas gordurosas encontradas em duas das vacinas COVID-19 mais usadas no mundo. Conhecidas como nanopartículas lipídicas (LNPs), essas pequenas bolhas de gordura envolvem o RNA mensageiro (mRNA) que codifica uma proteína viral, ajudando a transportá-la para as células e protegê-la de enzimas destrutivas. A tecnologia foi fundamental para o sucesso das vacinas COVID-19 da Moderna e da colaboração Pfizer-BioNTech. Mas, por mais benéficas que sejam essas gorduras, há muito espaço para melhorias.
As nanopartículas são uma importante fonte de efeitos colaterais indesejados quando se espalham pelo corpo, provocando dores e inflamações que muitas pessoas experimentam após a vacinação. Eles fazem um péssimo trabalho ao descarregar sua carga uma vez dentro das células, um passo necessário para que a maquinaria de produção de proteínas transforme as sequências de mRNA em sinais de iniciação imunológica. E porque tendem a desmoronar quando quentes, precisam ser armazenados em baixas temperaturas, limitando seu uso global.
“Este é um sistema que claramente tem pernas”, diz o bioquímico Pieter Cullis, da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC), Vancouver, que criou os primeiros LNPs, mas “ainda precisamos aumentar a eficiência dos LNPs – com certeza”.
Uma nova geração de LNPs com maior potência, menos efeitos colaterais, maior estabilidade e propriedades de direcionamento de tecidos mais precisas está agora em desenvolvimento em grandes startups farmacêuticas e de biotecnologia. Muito dinheiro está em jogo: essas nanopartículas aprimoradas podem levar a melhores vacinas de mRNA para COVID-19 e outras doenças. Eles também podem ajudar o mRNA a cumprir sua promessa como uma ferramenta terapêutica para tratar doenças. “Há inovações na entrega que certamente podem mudar o jogo”, diz Philip Santangelo, engenheiro biomédico do Instituto de Tecnologia da Geórgia, que colaborou com várias empresas de mRNA.
Cullis e colegas desenvolveram os primeiros LNPs há cerca de 20 anos para transportar drogas silenciadoras de genes para as células. Ele e outros mais tarde adaptaram os quatro componentes lipídicos dos LNPs para fornecer mRNA de correção de doenças às células defeituosas. Agora que eles estão sendo colocados em um novo uso, em vacinas, “ainda há muita otimização e desenvolvimento que precisa acontecer”, diz a bioengenheira da UBC Anna Blakney, cofundadora da empresa de vacinas de RNA VaxEquity. E quando se trata de entender como as células interagem com as nanopartículas, “é apenas esse grande ponto de interrogação”, acrescenta ela.
Uma pista surgiu no início deste ano quando cientistas da Genentech mostraram como nanopartículas ativam uma via inflamatória particular, o eixo da interleucina-1, que é fundamental para gerar respostas imunes protetoras, mas também pode estimular efeitos colaterais. Entre os LNPs testados, um feito com SM-102, um lipídio “ionizável” que ajuda a ligar e empacotar mRNA em LNPs, provou ser um instigador especialmente forte dessa via. Isso pode ajudar a explicar por que o tiro da Moderna, que se baseia no SM-102, é altamente eficaz e propenso a fazer as pessoas se sentirem nojentas.
A equipe da Genentech não avaliou o lipídio comparável encontrado na vacina Pfizer-BioNtech. Mas Mohamad-Gabriel Alameh e colegas da Escola de Medicina Perelman da Universidade da Pensilvânia testaram um intimamente relacionado e descobriram que desencadeou uma ampla gama de moléculas inflamatórias, desejadas ou não. O objetivo agora é projetar lipídios ionizáveis que ativem vias imunes favoráveis sem estimular demais as prejudiciais, diz Alameh, que cofundou a AexeRNA Therapeutics com o bioengenheiro Michael Buschmann da George Mason University e outros. “É muito simples? Não”, diz Alameh, mas deve ser possível.
Antes de sua morte em março, Buschmann liderou uma equipe que em 2021 mostrou como a carga elétrica dos LNPs é fundamental para o sucesso da vacina. Uma carga negativa torna a partícula menos propensa a permanecer no músculo e linfonodos de camundongos injetados, onde poderia provocar respostas imunes benéficas; em vez disso, tende a se espalhar amplamente, aumentando o risco de febres, calafrios e outras reações adversas.
Para fazer uma nanopartícula com carga menos negativa, os pesquisadores ajustaram a química do lipídio ionizável. Quando formulado em uma vacina de mRNA para COVID-19, o novo portador de LNP levou camundongos a produzir anticorpos mais protetores do que os sistemas de entrega padrão e tiveram menos efeitos colaterais, de acordo com dados publicados no ano passado em forma de pré-impressão e agora sob revisão em Comunicações da Natureza.
As particularidades das nanopartículas
Para aumentar a potência da vacina e limitar os efeitos colaterais, os pesquisadores estão alterando cada um dos quatro ingredientes que compõem as nanopartículas lipídicas. Cada partícula inclui lipídios ionizáveis que se ligam ao RNA mensageiro (mRNA) e mudam sua carga de positiva para neutra uma vez no corpo para limitar a toxicidade da partícula. Os três outros tipos de gorduras contribuem para sua estrutura e estabilidade. Os lipídios auxiliares também ajudam as partículas a se fundirem com as células, o colesterol as ajuda a escapar dos endossomos das células e os lipídios de polietilenoglicol (PEG) evitam que elas se aglomerem para ajudar a prolongar sua ação.
Dan Peer, bioquímico da Universidade de Tel Aviv e cofundador da startup de entrega de vacinas NeoVac, também desenvolveu bibliotecas de novos lipídios ionizáveis com estruturas atípicas. Em experimentos não publicados, eles parecem permitir melhores vacinas de mRNA com menos efeitos colaterais e também estender sua estabilidade de prateleira à temperatura ambiente.
Outras melhorias podem vir do aumento da absorção de LNPs nas células e, em seguida, aumentando sua capacidade de se libertar dos sacos da membrana celular, conhecidos como endossomos, que os transportam para dentro. A grande maioria dos LNPs fica presa nesses receptáculos e depois é destruída ou ejetada sem entregar suas cargas úteis de vacina, o que significa que “há uma enorme quantidade de RNA que não está sendo usada”, diz Gaurav Sahay, bioengenheiro da Oregon Health & Science University.
A forma dos lipídios ionizáveis afeta a capacidade de um LNP de romper um endossomo, assim como o colesterol, uma das outras gorduras nos LNPs. Juntamente com os cientistas da Moderna, Sahay e colegas relataram em 2020 que o uso de diferentes formas de colesterol pode aumentar as taxas de escape de LNP do aprisionamento endossômico. Ele fundou uma empresa chamada Enterx Biosciences para comercializar suas descobertas.
A Sanofi começou a avaliar alguns de seus LNPs personalizados frente a frente em testes em humanos. Em um estudo lançado em 2021, por exemplo, a empresa avaliou duas opções de LNP para fornecer uma vacina de mRNA contra a gripe que está desenvolvendo. De acordo com dados preliminares, uma formulação lipídica provou ser muito melhor para dar o pontapé inicial na imunidade anti-influenzaFrank DeRosa, chefe de pesquisa e biomarcadores do Centro de Excelência em mRNA da Sanofi, anunciou em um evento para investidores em dezembro de 2021. Mas o mesmo LNP também provocou efeitos colaterais mais frequentes em doses mais altas.
Outras empresas, incluindo BioNTech e Arcturus Therapeutics, começaram a explorar maneiras de eliminar polietilenoglicol, um composto que ajuda a estabilizar os LNPs, mas também tem sido associado a alguns tipos de reações ruins à vacina. Enquanto isso, muitas outras empresas estão focadas em otimizar lipídios para fornecer mRNA para tratar doenças em vez de preveni-las. Isso requer a obtenção de mRNAs que codificam proteínas de correção de doenças para as células e tecidos precisos onde são necessários – não apenas para o fígado, onde as atuais formulações de LNP tendem a acabar após a infusão. “A entrega de LNPs será a chave para realmente expandir o alcance do mRNA” além das vacinas preventivas, diz Dominik Witzigmann, cofundador e executivo-chefe da startup NanoVation Therapeutics, fundada por Cullis.
O maior foco nas tecnologias LNP, juntamente com os lucros obtidos com as vacinas COVID-19, trouxeram aumento de litígios. A Alnylam, que ajudou a desenvolver o primeiro medicamento aprovado entregue em um LNP – um medicamento silenciador de genes comercializado desde 2018 para tratar um distúrbio neurodegenerativo raro – afirma que suas patentes fundamentais cobrem os componentes lipídicos das vacinas Moderna e Pfizer-BioNTech. E a Arbutus BioPharma, outra empresa canadense co-fundada por Cullis, está buscando indenização da Moderna por supostamente infringir uma patente que cobre LNPs compreendendo certas proporções de lipídios.
Mas é improvável que essas disputas de propriedade intelectual tenham um efeito assustador na inovação do LNP, diz Jacob Sherkow, advogado de patentes de biotecnologia da Faculdade de Direito da Universidade de Illinois. “Há muito dinheiro em jogo.”
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