ИИ помог создать мРНК-вакцину, сохраняющую активность более двух месяцев при 37 °C

Исследователи Массачусетского технологического института разработали способ значительно повысить устойчивость мРНК-вакцин к нагреву. С помощью алгоритма искусственного интеллекта они подобрали смесь стабилизирующих добавок для липидных наночастиц с мРНК. После вакуумной сушки такая вакцина сохраняла активность более двух месяцев при 37 °C, а при комнатной температуре — до года.

Работу выполнила группа Ана Якленец и Роберта Лангера из Института интегративных исследований рака Коха MIT совместно со специалистами Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта MIT. Главными авторами стали Джинби Тянь и Кхань Тран.

мРНК сама по себе быстро разрушается, поэтому в современных вакцинах её помещают внутрь липидных наночастиц. Они защищают молекулу и помогают доставить её в клетки. Однако даже такая система остаётся чувствительной к температуре, из-за чего многие препараты требуют замораживания или постоянного охлаждения.

Учёные решили не менять принцип доставки мРНК, а подобрать вещества, которые позволят липидным наночастицам пережить удаление воды и длительное хранение при повышенной температуре. Такие вспомогательные компоненты называют эксципиентами. К ним относятся различные сахара, соли и полимеры.

Проблема заключается в огромном количестве возможных комбинаций. Исследователи предварительно проверили около 50 разрешённых для фармацевтического применения веществ, а затем выбрали пять наиболее перспективных. После этого алгоритм машинного обучения начал предлагать их соотношения, которые с наибольшей вероятностью должны были сохранить активность мРНК.

Разработанная система получила название AGENT — Algorithm-Guided Experimental design for lipid Nanoparticle Thermostabilization. Она использует байесовскую оптимизацию и способна работать с относительно небольшим набором экспериментальных данных. Вместо перебора множества комбинаций исследователи проверяли несколько предложенных вариантов, возвращали результаты алгоритму и запускали следующий цикл поиска. В препринте авторы сообщают, что оптимизацию удалось завершить за шесть итераций примерно за месяц.

Полученные липидные наночастицы с мРНК переводили в сухое состояние с помощью вакуумной сушки. Поэтому результат не означает, что обычная жидкая мРНК-вакцина способна месяцами храниться при 37 °C. Устойчивость достигается сочетанием подобранных добавок и удаления воды.

Для проверки исследователи упаковали в наночастицы мРНК, кодирующую антиген SARS-CoV-2. После длительного хранения сухой препарат вновь растворяли и использовали для вакцинации животных.

Формуляции, хранившиеся при 37 °C более двух месяцев, сохранили практически полную биологическую активность. У животных они вызывали образование специфических антител и В-клеточный иммунный ответ, сопоставимый с реакцией на свежеприготовленные мРНК-вакцины.

Исследователи также превратили стабилизированную вакцину в растворимые пластыри с микроиглами. После нанесения на кожу микроскопические иглы растворяются и высвобождают содержащиеся в них липидные наночастицы. В экспериментах на животных такие пластыри также вызывали иммунный ответ, сопоставимый с традиционным внутримышечным введением свежей вакцины. В препринте авторы сообщают об испытаниях как на грызунах, так и на нечеловекообразных приматах.

Подобные системы исследуются уже несколько лет. Например, в 2023 году группа MIT показала мРНК-вакцину в микроигольном пластыре, которая сохраняла стабильность не менее шести месяцев при комнатной температуре. Новый подход отличается прежде всего использованием алгоритма для быстрого поиска стабилизирующей композиции и возможностью применять её к липидным наночастицам, близким по составу к системам, использованным в вакцинах Moderna и Pfizer-BioNTech.

Технология потенциально может уменьшить зависимость мРНК-препаратов от холодовой цепи. Это особенно существенно для регионов, где хранение вакцин при низкой температуре затруднено, а также для новых способов доставки — например, микроигольных пластырей.

Однако речь пока идёт о доклинических экспериментах. Новую композицию не испытывали как готовую вакцину на людях, а длительная стабильность в лабораторных условиях ещё не означает, что препарат прошёл требования по производству, безопасности и срокам хранения, необходимые для медицинского применения.

Тем не менее исследование показывает, что искусственный интеллект может использоваться не только для разработки лекарственных молекул, но и для поиска их оптимального физико-химического состава. Вместо многомесячного перебора десятков или сотен рецептур алгоритм направляет эксперименты к наиболее перспективным комбинациям.