Vědci pomocí počítačových experimentů modelovali lipidy užívané ve vakcínách proti COVID-19
Jak se chovají lipidy používané v současných mRNA vakcínách proti COVID-19? Mohou mít vliv na jejich vlastnosti? Proč se skladují za různých podmínek? Právě tyto otázky vedly výpočetní chemiky z CATRIN Univerzity Palackého a ostravského centra IT4Innovations VŠB-TUO k výzkumu, na jehož konci je vytvoření dosud ojedinělého modelu lipidů, které se v očkovacích látkách proti COVID-19 využívají. Teoretickou studii zveřejnil na titulní stránce časopis The Journal of Physical Chemistry Letters.
Bez lipidových nanočástic se mRNA vakcíny neobejdou. Vytvářejí kolem mRNA ochranný obal a zajišťují její bezpečný transport do lidských buněk. Proč ale vakcíny společností Moderna a Pfizer&BioNTech mají rozdílné vlastnosti, když se složením liší jen minimálně?
„Vzhledem k tomu, že máme poměrně bohaté zkušenosti se simulacemi lipidů, lipidových proteinů a jejich interakcemi s jinými látkami, zajímalo nás, proč tomu tak je. Pomocí počítačových molekulárně-dynamických simulací se nám podařilo vytvořit model lipidové směsi, která se využívá ve vakcínách, a popsat, proč je směs užívaná ve vakcíně firmy Moderna stabilnější. Popsali jsme i základní chování lipidů,“ shrnula výsledky jedna z autorek teoretické studie Markéta Paloncýová.
„Námi prováděné počítačové simulace dokáží získat naprosto unikátní informace o chování velmi složitých molekulárních systémů, a to až s atomárním rozlišením. Jejich krása spočívá v tom, že relativně snadno můžeme do studovaných systémů zasáhnout, měnit podmínky a složení. Pomocí superpočítačů tak umíme provádět ´experimenty´, které jsou v praxi jen těžko představitelné, a získávat cenné informace, jež lze následně využívat například pro návrh nových ´doručovacích obálek´ pro buněčné terapie,“ uvedl další z autorů Michal Otyepka.
Výpočetní chemici vytvářeli na superpočítači ostravského centra IT4Innovations různé modely lipidových směsí, od jednoduchých dvojvrstev až po složité systémy. Také si „hráli“ s nastavením pH, jelikož ionizovatelné lipidy se používají právě proto, že při změně pH mění náboj a vlastnosti.
„Zjistili jsme, že ionizovatelné lipidy, tedy lipidy specifické pro nanočástice ve vakcínách, se chovají jinak než běžné lipidy, které máme v těle. Nemají tendenci vytvářet jednoduché membrány, ale spíše neuspořádané 3D struktury. S ostatními používanými lipidy také nevytvářejí homogenní směs, ale ionizovatelné lipidy vytvářejí speciální fázi, která následně interaguje s RNA,“ uvedla vědkyně.
Studiu lipidů v souvislosti s mRNA vakcínami se vědci věnují mimo jiné ve snaze najít kompromis ohledně jejich stability. Ta musí být dostatečná pro doručování RNA, současně je ale třeba zabránit tomu, aby se lipidy v těle nehromadily.
„Naším dlouhodobým cílem je pochopit přesně to, co které lipidy a jejich strukturní prvky způsobují, jak ovlivňují vlastnosti vakcíny. Její globální fungování v těle je známé, ale dostat se do atomárního rozlišení není v experimentu možné. Tento vhled přinášejí právě simulace. Zatím jsme schopni modelovat jen malou část nanočástice. Do budoucna bychom se chtěli dostat na zobrazení celé nanočástice a víceúrovňové modelování. Pochopení interakcí mezi RNA a lipidy na atomární úrovni může vést k návrhu lepšího složení lipidových nanočástic a tím i vlastností vakcín a dalších léčiv založených na RNA,“ doplnila Paloncýová.