Wirkstoff-Forschung: Die Struktur von Nano-Genfähren entschlüsseln

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Kationische Polymere sind ein vielversprechendes Werkzeug für den Transport von RNA-Therapeutika oder RNA-Impfstoffen und werden ähnlich wie Lipid-Nanocarrier bei mRNA-Impfstoffen eingesetzt. Die nanoskopischen Verpackungsmaterialien sind in der Lage, ihre Ladung effektiv zu schützen und sie in die Zielzellen zu verfrachten. „Wir stellen Genfähren her, in die man alle möglichen therapeutischen Nukleinsäuren einbringen kann, um diese unbeschadet an den Wirkort zu bringen“, erklärt Professorin Olivia Merkel, Inhaberin des Lehrstuhls für Drug Delivery an der Fakultät für Chemie und Pharmazie der LMU.

Um die Wirksamkeit dieser Genfähren weiter zu verbessern, sei es jedoch wichtig, zu verstehen, wie sich diese Partikel auf molekularer Ebene organisieren, RNA verkapseln und wieder freigeben – ein Aspekt, der bisher noch nicht vollständig untersucht wurde. Merkel ist Leiterin einer neuen Studie, die im Rahmen ihres ERC-Forschungsprojekts RatInhalRNA (Rational and Simulation-Supported Design of Inhalable RNA Nanocarriers) neue Erkenntnisse über die Organisation der Nanocarrier erbracht hat. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Fachmagazin Nano Letters publiziert.

„Unsere Forschung nutzte eine Technik namens Coarse-Grained Molecular Dynamics (CG-MD), um die Partikel zu simulieren und zu visualisieren“, erklärt die Forscherin. Der Fokus lag dabei auf der Frage, wie Änderungen in der Polymerstruktur und den Umgebungsbedingungen die Partikelbildung beeinflussen. Die Simulationen wurden in Laborexperimenten mittels Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) bestätigt und zeigten, dass die CG-MD-Technik detaillierte Einblicke in die Struktur und das Verhalten von RNA-Nanopartikeln liefern kann. „Diese Studie unterstreicht den Wert von CG-MD bei der Vorhersage und Erklärung der Eigenschaften von RNA-Nanoformulierungen, was die Entwicklung besserer Systeme für zukünftige medizinische Anwendungen unterstützen kann“, so Merkel.

Katharina M. Steinegger, Lars Allmendinger, Sebastian Sturm, Felix Sieber-Schäfer, Adrian Philipp Eckart Kromer, Knut Müller-Caspary, Benjamin Winkeljann & Olivia M. Merkel: Molecular Dynamics Simulations Elucidate the Molecular Organization of Poly(beta-amino ester) Based Polyplexes for siRNA 3 Delivery. Nano Letters 2024