Почему РНК-препараты трудно хранить?

Препараты на основе молекул рибонуклеиновой кислоты уже сегодня позволяют бороться с редкими наследственными заболеваниями и защищать от опасных инфекций, а в будущем, вероятно, станут распространенными средствами против рака и ВИЧ. При разработке препаратов ученые не только заботятся о высокой эффективности, но и решают сложнейшую задачу по их хранению. Сама по себе РНК является крайне нестабильной молекулой. В отличие от ДНК, которая должна надёжно хранить генетический код в течение всей жизни организма, РНК предназначена для быстрого выполнения своих функций и последующей утилизации. Из этого небольшого материала вы узнаете об основных уязвимостях РНК-препаратов и о том, какими способами наука обходит эти природные ограничения.

Структурная уязвимость

Молекула РНК имеет одноцепочечную структуру, что делает её фактически беззащитной перед внешней средой. В то время как ДНК «прячет» свои азотистые основания, те самые «буквы» генетического кода, внутри двойной спирали, нуклеотиды РНК остаются открытыми для внешних атак. Воздействие ультрафиолетового излучения, свободных радикалов (прим.ред.: атомов с неспаренными электронами) и множества других факторов может повредить генетический код, из-за чего прием препарата потеряет смысл.

Основным способом защиты структуры РНК-препарата является создание оболочки в виде липидных наночастиц. Эти жировые капли стойко принимают на себя внешние воздействия при транспортировке и хранении, а после введения лекарства не подпускают к нему ферменты, о которых мы поговорим в заключительном разделе. Кроме того, учёные кодируют отдельные участки терапевтической РНК таким образом, чтобы она могла сворачиваться в так называемые «шпильки» — локальные двухцепочечные участки, разорвать которые сложнее, чем одиночные.

Химическая уязвимость

Важной составной частью обеих нуклеиновых кислот является сахар, который вместе с фосфатной группой функционирует как каркас молекулы и соединительный узел для азотистых оснований. В состав РНК входит сахар рибоза, которая имеет свободную гидроксильную группу –OH. Так, из-за повышенной химической активности рибоза может атаковать соседние фосфатные связи, что приводит к спонтанному гидролизу — саморазрушению РНК.

Производители препаратов решают эту проблему с помощью химических модификаций рибозы, меняя геометрию всей молекулы. Также РНК может содержаться внутри специальных растворов с оптимизированным кислотно-солевым составом, замедляющим реакцию с кислородом. И самым надёжным методом является сублимационная сушка — в отсутствие влаги реакция гидролиза попросту не может запуститься.

Биологическая уязвимость

В организме человека есть белковые ферменты рибонуклеазы, которые быстро и эффективно расщепляют РНК на отдельные нуклеотиды. На производстве препаратов эти ферменты становятся одной из главных угроз, ведь они содержатся буквально везде — на коже, в слюне и даже в мельчайших частичках пыли. Рибонуклеазы невероятно стабильны, и, если на этапе синтеза или разлива препарата в ёмкость попадёт хотя бы одна такая молекула, весь образец будет безнадежно испорчен.

Поэтому предприятия, изготавливающие РНК-препараты, требуют совершенно иного подхода к стерильности, чем на производстве обычных лекарств. С помощью специальных агрессивных реагентов проводится тотальная химическая дезактивация всех помещений и лабораторного оборудования. При этом нахождение людей, которые обязательно одеваются в непроницаемые защитные костюмы, в стерильной зоне сведено к минимуму. Почти вся работа выполняется в изолированных боксах посредством автоматизированных систем.

Также распространенным решением является глубокая заморозка препаратов до температур ниже -70 °C. Даже если рибонуклеаза попала внутрь, в таких условиях тепловое движение молекул замирает, и у фермента попросту не остаётся энергии для запуска реакции расщепления. Лекарство размораживают непосредственно перед введением пациенту, и за этот короткий промежуток времени РНК не успевает деградировать.

Автор текста Иван Стефанов

Изображение: Magnific