(نانويرك): سمح التقدم في أبحاث الأحماض النووية وتكنولوجيا النانو العلاجية بتطوير الأحماض النووية العلاجية المصممة بعقلانية (TNAs)* والتي لعبت دورًا حاسمًا في العديد من التطبيقات السريرية. إن الأحماض النووية العلاجية أصبحت أكثر أهمية بسبب جائحة COVID-19 الحالي حيث تم تطبيقهما في لقاحين مصدقين من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية القائمة على(mRNA)**.
من الأساس والوعد العظيم الذي وضعه (TNAs)* نشأ تطوير جزيئات نانوية جديدة للحمض النووي (NANPs)*** بالهياكل النانوية الديناميكية ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية القابلة للضبط الدقيق والأنشطة البيولوجية. لقد وجدت (NANPs) نجاحًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات الكيميائية الحيوية التي تتراوح من السقالات النانوية من أجل التسليم المنسق لـلأحماض النووية العلاجية ( TNAs) المتعددة إلى منظمات المناعة وأجهزة الاستشعار الحيوية القوية.
على الرغم من إمكاناتها، فإن الجدوى الحقيقية لـ (NANPs) و (TNAs) محدودة بسبب عدم الاستقرار الكيميائي النسبي والحساسية لدرجات الحرارة المرتفعة. ويعتمد شحن ونقلهما حاليًا على تخزينهما في سلاسل التبريد. قد تكون هذه العملية مكلفة ويصعب الحفاظ عليها في المناطق التي تفتقر إلى الموارد اللازمة. ويمكن أن يؤدي كسر هذه السلاسل إلى حلول وسط هيكلية كبيرة تقلل إلى حد كبير الفعالية الوظيفية لـ (NANPs).
تقليديا، في البيئات المختبرية العادية، يتم تجفيف الأحماض النووية باستخدام مكثفات الفراغ (SpeedVAc) ، والتي قد تعرض العينات أيضًا للحرارة والأشعة تحت الحمراء لتسريع عملية التجفيف. في حين أنه يخدم غرضه في إزالة محتوى الماء، فإن التعرض لدرجة الحرارة المرتفعة قد يغير المعلمات المعمارية أو حتى يضر بهياكل ال(NANPs) ، وهي نتيجة لا رجعة فيها مما يجعلها غير وظيفية عمليًا.
نشر في دورية “Small: ورقة بحثية تحت عنوان ((“الجسيمات النانوية للحمض النووي اللامائي للتخزين والتداول في نطاق واسع من درجات الحرارة”)**** سعى فريق متعدد التخصصات من العلماء من جامعة نورث كارولينا في شارلوت ، وكلية الطب بولاية بنسلفانيا ، ومختبر فريدريك الوطني لأبحاث السرطان إلى حل هذه المشكلة من خلال استكشاف جدوى طريقتين إضافيتين مناسبتين لجفاف NANPs: التجفيف (lyo)*****، والتجفيف بمساعدة الضوء (LAD).
بدلاً من استخدام الحرارة بشكل أساسي مثل (SpeedVac) ، يستخدم (lyo) تسامي العينات المجمدة مسبقًا بينما تستخدم تقنية (LAD)، وهي تقنية تم إدخالها مؤخرًا ،تستخدم ليزر (FLIR)****** لتبخير قطرات الماء بعينها. تم اختبار هذه الطرق على نطاق واسع على مجموعة من (NANPs) التمثيلية التي من شأنها معالجة الفروق في التركيب (DNA مقابل RNA) ، والاتصال، والأشكال، وكذلك الاختلافات النسبية في الثبات الديناميكي الحراري والكيميائي. وبعد الجفاف يتم تخزين جميع ( NANPs) في درجات حرارة تتراوح من (-20) درجة مئوية إلى (+50) درجة مئوية، مما يحاكي الظروف القاسية الواقعية أثناء النقل والتعامل مع (NANPs).
بعد التخزين، تمت إعادة ترطيب جميع (NANPs) وإخضاعها لاختبارات مختلفة، والتي تحلل الاحتفاظ الهيكلي والوظيفي وكذلك الخصائص المناعية. وتوفر هذه النتائج الرائدة نظرة ثاقبة مفيدة حول المزايا والعيوب المحددة لكل طريقة لنوع معين من (NANP). يمكن استخدام هذه المعلومات عند تحديد الطريقة المثلى اللازمة لتحقيق أهداف مختلفة في إعداد المواد النانوية. فعلى سبيل المثال، يقلل الجفاف عن طريق (lyo) و (LAD) بشكل فعال مقدار الضرر الهيكلي الذي تتعرض له (NANPs) في درجات حرارة عالية تصل إلى (+50) درجة مئوية.
مقارنةً بـ (LAD)، يتمتع (lyo) بميزة السماح بحجم أكبر للعينة، والذي يمكن أن يترجم جيدًا إلى تصنيع على نطاق أوسع. وفي الوقت نفسه، يوفر (LAD) تحكمًا دقيقًا في طاقة التسخين والوقت بالإضافة إلى توحيد التسخين لكل عينة. وجدنا أيضًا أن إضافة سكر مكون من جزيئين من الجلوكوز يؤدي إلى استقرار هيكلي لجميع (NANPs) مع الاحتفاظ بخصائصها البيولوجية المُحفزة للمناعة والمبرمجة مسبقًا. في الطبيعة، يتم استخدام السكر المكون من جزيئين من الجلوكوز من قبل العديد من الكائنات التي تتراوح من النباتات إلى الحشرات وهي كائنات مجهرية يمكنها البقاء في البيئات القاسية. إن استخدامه الناجح في إعداداتنا التجريبية تجعله أداة مدخلا لتطبيقات متنوعة في الحفاظ على الحمض النووي.
سنسعى في الدراسات المستقبلية إلى تنقيح خصوصيات كل طريقة تجفيف من أجل تحسين النتائج. سيكون من المفيد استكشاف استخدام التريهالوز (السكر ثنائي الجلوكوز) كواقي ملحق أثناء عملية (lyo). يمكن تعديل (Lyo) ليشمل التجميد عن طريق حمام القشرة أو الغمر بواسطة النيتروجين السائل. يمكن تحسين (LAD) بشكل أفضل لأحجام العينات الأكبر لتوسيع نطاق الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك، من أجل ملاحظة التأثيرات المناعية استعدادًا للتطبيقات العلاجية، سيكون من المهم التحقيق في آثار هذه الطرق في الجسم الحي.
يبقى التحدي الأكبر في الحصول على الاتساق في النتائج عبر مجموعة متنوعة ومتنامية باستمرار من المواد النانوية. يجب تحسينها لكل استخدام مخصص وللخصائص الفريدة لكل جسيم نانوي. سريريًا، يمكن تطبيق (lyo) و (LAD) كأدوات فعالة لإعداد لقاحات أساسها الحمض النووي. لقد أصبحت (Lyo) راسخة بالفعل في عالم التصنيع الكيميائي الحيوي، وهو عامل من شأنه أن يسهل دمجها في الإنتاج الضخم لـ (TNAs). يمكن أن يؤدي تنفيذ هذه الأساليب إلى تقليل الحاجة إلى تخزين ذات سلاسل التبريد وتحسين العمر الافتراضي للقاح بشكل كبير.
بشكل عام، يعتبر عملنا ذا قيمة في تطوير تقنيات سهلة الاستخدام وبأسعار معقولة لإعداد جزيئات الحمض النووي النانوية. سيسمح تكرار هذه الأساليب بإنتاج مواد نانوية أكثر متانة تتمتع بقدرة عالية على التحمل والقدرة على التنبؤ البيئي أثناء النقل. سيؤدي تجاوز حواجز الشحن والنقل هذه إلى توفير وصول أوسع إلى أماكن تشتد الحاجة إليه ويمهد الطريق للتطبيقات المستقبلية في الطب والعلاجات الدوائية.
بقلم أليسون تران وكيريل أفونين ، قسم الكيمياء ، جامعة نورث كارولينا في شارلوت – الترجمة من موقع نادي نانو
الهوامش:
*Therapeutic Nucleic Acids: الأحماض النووية العلاجية
**تعمل لقاحات Messenger RNA (mRNA) على تعليم خلايانا بكيفية صنع بروتين يؤدي إلى استجابة مناعية داخل أجسامنا.
***Novel Nucleic Acid NanoParticles: جزيئات الحمض النووي النانوية
****Anhydrous Nucleic Acid Nanoparticles for Storage and Handling at Broad Range of Temperatures
*****التجفيف بالتجميد هي عملية يتم فيها إزالة الماء من منتج بعد تجميده ووضعه تحت فراغ، مما يسمح للثلج بالتحول مباشرة من صلب إلى بخار دون المرور بمرحلة سائلة (Lyophilization)
******Forward-looking infrared (FLIR): تستخدم عادة على الطائرات العسكرية والمدنية باستخدم كاميرا حرارية تستشعر الأشعة تحت الحمراء
