백신 생산에서 지질 나노입자의 역할

최근의 COVID-19 팬데믹은 백신이 공중 보건을 보호하고 의료 시스템 자원을 절약하는 데 얼마나 효과적인지 상기시켜 줍니다.

팬데믹 초기에 세계는 수많은 가슴 아픈 죽음으로 무릎을 꿇었지만, 이 비극은 정부, 제약 회사 및 과학자 간의 협력을 통해 다양한 백신 개발을 가속화했습니다.

이러한 백신이 개발, 테스트 및 승인되는 속도는 놀랍습니다. 과거에는 새로운 백신을 개발하는 데 수년, 심지어 수십 년이 걸릴 수 있었지만 약물 전달 및 나노 의학의 발전 덕분에 전례 없는 속도로 이를 달성할 수 있었습니다.

질병 퇴치는 우리 몸을 이해하는 것에서 시작됩니다.

백신은 입원 위험을 줄이는 데 중심적인 역할을 하기 때문에 감염성 질병과의 싸움에서 중요한 도구입니다. 백신의 작용 방식을 더 잘 이해하려면 신체가 새로운 질병과 싸우는 방식을 이해하는 것이 중요합니다. 우리 몸은 훌륭한 학습자이며 이것이 백신의 핵심 개념입니다.

일반적으로 몸이 알려지지 않은 바이러스에 감염되면 면역 체계가 그 힘을 이용하여 감염과 싸우게 됩니다. B림프구, T림프구 등 다양한 면역세포는 병원균의 항원에 의해 촉발돼 항체생산세포와 기억세포로 분화한다. 기억 세포(T-림프구)는 미래의 감염에 대해 즉시 반응하기 위해 병원체의 항원에 대한 기억을 유지합니다.

불행히도 때때로 신체는 침입자와 싸우지 못하고 외부 도움이 필요합니다.

백신의 작용 방식과 백신의 종류

예방 접종은 약화되거나 비활성화된 버전의 바이러스를 신체에 공급함으로써 자연 감염 과정을 모방합니다. 이 과정은 질병을 일으키지는 않지만 면역 체계가 미래의 감염에 대한 면역을 개발하고 바이러스와 싸우는 방법을 알고 있는 T-림프구, 기억 세포 및 항체 생성 세포인 B-림프구를 저장하도록 돕습니다.

살아있는 약독화 및 불활성화된 병원체, 병원체의 하위 단위 또는 바이러스 벡터를 사용하여 병원체에 대한 정보를 기반으로 백신을 설계하는 데 많은 접근 방식이 사용되었습니다. 생약독화 백신은 약화된 버전의 바이러스를 전달하는 반면, 비활성화 백신은 백신 생산 과정에서 바이러스를 비활성화함으로써 작동합니다. 소단위 백신은 실제 바이러스가 아닌 병원균의 소단위로 알려진 특정 항원 성분(예: 스파이크 단백질)을 활용합니다.

바이러스 벡터 백신은 비병원성 바이러스의 유전적으로 변형된 버전을 사용하여 표적 병원체에 대한 유전 물질을 세포에 전달합니다.

핵산 기반 백신은 최근 기존 백신의 유망한 대안으로 부상했습니다. mRNA 백신 조작된 mRNA를 숙주 세포에 전달하여 바이러스 단백질을 합성하고 면역 반응을 유도하는 방법을 세포에게 가르칩니다.

그러나, mRNA를 세포의 세포질로 전달하는 것은 그들의 흡수를 방해하는 그들의 큰 크기와 음전하 때문에 도전적입니다. 따라서 지질 기반 나노제제는 활성 제약 성분(API)의 안전하고 효과적인 전달 수단으로 부상했습니다.

현재 FDA에서 승인한 최초의 리포솜 제품인 Doxil®을 포함하여 XNUMX개 이상의 리포솜 기반 의약품이 임상 용도로 승인되었습니다.

API 매개체로서의 지질 기반 나노제제

리포좀 및 지질 나노입자(LNP)는 친수성(물을 끌어당기는) 머리와 소수성(발수) 꼬리를 가진 분자인 인지질의 한 가지 이상의 유형으로 구성됩니다. 이 양친매성 구조는 리포솜과 LNP가 별개의 친수성 및 소수성 구획이 있는 구형 이중층 구조로 자가 조립할 수 있게 합니다.

리포솜은 대부분 수성 코어가 있는 단층 지질 시스템인 반면, LNP는 폴리머 층이 있는 다중 라멜라 지질 시스템입니다. 이들은 친수성 및 소수성 API를 전달하는 수단으로 널리 활용됩니다. 친수성 API는 내부 수성상 내에 둘러싸여 있는 반면, 소수성 API는 용해되거나 지질 구획 내에 통합됩니다.

나노 크기의 소포로 자가 조립을 촉진하는 이온화 지질, 구조를 안정화하고 생물학적 시스템과의 통합을 향상시키는 콜레스테롤, 폴리에틸렌 글리콜(PEG)은 계면활성제로 작용하여 입자의 응집을 방지하고 면역 세포에 의한 비특이적 엔도사이토시스로부터 입자를 보호하여 LNP를 증가시킵니다. 생체내에서 반감기[*].

효율적인 지질 나노입자 합성을 위한 미세유체학 활용

LNP의 합성은 다단계 압출, 초음파 처리 및 에탄올 주입을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 벌크 방법을 통해 달성할 수 있습니다. 이러한 프로세스는 종종 나노입자의 정확한 크기 제어와 다분산성이 부족합니다. 캡슐화 효율이 낮은 소포를 생성하고 배치 가변성이 발생하기 쉬우므로 제조 중에 노동 집약적인 분리 및 분획 단계가 추가로 필요합니다.

LNP 크기 및 다분산성은 LNP 요법의 효능에 결정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 생체내에서. 이러한 이유로 미세 유체 기술은 LNP 생산에 널리 채택되었습니다. 미세 유체 LNP 생산 시스템은 입자 크기 및 혼합 시간에 대한 정밀한 제어, 더 낮은 크기 분산, 생산 확장 용이성 및 연속적이고 확장 가능한 제조 공정을 생성하는 기능을 포함하여 몇 가지 이점을 제공합니다.

작고 안정적인 LNP를 생산하기 위해 다양한 미세 유체 장치가 개발되었으며 현재 이들 중 많은 장치가 기성품으로 제공됩니다.

LNP를 합성하기 위해 미세 유체 장치는 지질 용액이 에탄올에 용해되고 API가 포함된 수상과 혼합되는 에탄올 희석 개념에 의존합니다. 두 솔루션 모두 미세유체 장치에 로드되면 지질은 에탄올 희석 속도와 두 솔루션의 유속 비율에 따라 나노베시클로 자가 조립됩니다.

에탄올 희석 속도는 LNP의 크기에 직접적인 영향을 미치며 속도가 빠를수록 LNP가 작아집니다. LNP 생산을 위해 T 또는 Y형 접합 믹서, 유체역학적 흐름 집속(HFF), 헤링본 마이크로 믹서, 분기 및 배플 믹서, 테슬라 믹서 등 여러 미세 유체 장치가 개발되었습니다. Herringbone 마이크로 믹서는 더 빠른 에탄올 희석 속도를 촉진합니다. 그러나 더 높은 유속에서 혼합 성능이 저하되어 생산 처리량이 제한됩니다.

지질 기반 나노입자의 대규모 생산을 가능하게 하기 위해 병렬화 또는 높은 지질 농도와 같은 기술이 사용됩니다. 예를 들어, Precision NanoSystems(캐나다 BC주 밴쿠버 소재)는 LNP의 고처리량 생산을 위해 NxGen 미세유체 분기 믹서를 사용하는 NanoAssemblr 시스템을 최근 출시했습니다.

끝 맺는 말

지질 기반 나노제제는 전례 없는 속도의 백신 생산을 뒷받침하는 기술입니다. 이 소포는 약물 및 핵산과 같은 기타 분자를 캡슐화하는 약물 전달 운반체로 사용됩니다. mRNA 기반 백신은 mRNA를 숙주 세포의 세포질에 효과적으로 전달하는 데 달려 있습니다.

Microfluidics는 배치 간 가변성이 낮은 mRNA 및 siRNA를 포함하여 균질한 RNA 캡슐화 LNP의 높은 처리량 생산을 위한 탁월한 플랫폼을 제공합니다.

새로운 약물 전달 시스템을 필요로 하는 다양한 새로운 유전자 치료법의 흥미로운 개발은 미세유체 및 LNP가 가까운 미래에도 계속해서 의료 시스템을 형성할 것임을 의미합니다.

[*] 체내에서 약물의 농도가 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간.

이미지: StarFish 의료

칼레드 유세프는 바이오 서비스 미세 유체 공학 엔지니어 스타피쉬 메디컬에서



• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• EVM 금융. 탈중앙화 금융을 위한 통합 인터페이스. 여기에서 액세스하십시오.
• 퀀텀미디어그룹. IR/PR 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• PlatoAiStream. Web3 데이터 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://starfishmedical.com/blog/the-role-of-lipid-nanoparticles-in-vaccine-production/