Résoudre l'architecture de nanoparticules lipidiques d'ARNm par des techniques avancées de RMN et fluorescence – LNP-HiRes

Les nanoparticules lipidiques (NPL) sont un nouveau type de formulation médicamenteuse qui encapsule des molécules telles que des acides nucléiques et des protéines, et sont récemment apparues comme des formulations efficaces pour les vaccins à ARN messager. Les performances, la stabilité et les propriétés d'administration de ces particules dépendent essentiellement de leur architecture. Cependant, en raison de leur complexité, leur organisation à l'échelle moléculaire a jusqu'à présent échappé à une caractérisation complète. Plusieurs caractéristiques structurales importantes, telles que les interactions entre leurs composants, l'environnement de l'acide nucléique, son hydratation ou la distribution spatiale des lipides, restent insaisissables, ce qui empêche une conception rationnelle de formulations améliorées.

La microscopie à force atomique (AFM), la microscopie électronique en transmission à des températures cryogéniques (cryo-TEM) ainsi que la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) peuvent en principe être appliquées pour obtenir des images de NPL, de leur taille, de leur forme et leur structure interne. Pourtant, aucune de ces techniques ne fournit un aperçu à l'échelle moléculaire de la structure des NPL ni d'informations quantitatives spécifiques aux différents composés qui les constituent.

Notre projet vise à développer des approches analytiques innovantes pour examiner la structure atomique, moléculaire et nanométrique des NPL chargées d'ARNm. En tirant parti des percées instrumentales et méthodologiques récentes en DNP (Polarisation Dynamique Nucléaire) et en RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) à rotation ultra-rapide (MAS), le premier objectif du projet LNP-HiRes est de mettre en œuvre des approches de RMN à l'état solide de haute sensibilité pour sonder l'architecture interne des NPL. Notamment, nous visons à identifier l'emplacement de l’ARNm, sonder son hydratation et ses éléments structuraux secondaires, ainsi que ses interactions avec d'autres composants des NPL. Le développement de techniques de spectroscopie et d'imagerie fluorescentes avancées spécifiquement adaptées aux NPL est le deuxième objectif. Cela inclura la conception de sondes fluorescentes qui se localiseront dans des environnements spécifiques des NPL, ainsi que le développement de techniques d'imagerie de particules individuelles. Les méthodes seront étalonnées sur des NPL de compositions pertinentes d’un point de vus pharmaceutique, ainsi que sur des formulations innovantes, qui ne sont pas encore utilisées dans l'industrie, préparées par des processus de micro-fluidique appropriés.
La préparation de brins d'ARNm « à façon » qui incorporeront des nucléotides marqués isotopiquement (15N,13C ou 2H) ou chimiquement modifiés sera essentielle pour atteindre ces deux objectifs. Améliorer la compréhension actuelle de la structure des NPL et affiner les modèles existants en analysant conjointement les données de RMN et de fluorescence est le dernier objectif du projet. Des liens entre la composition des NPL et les caractéristiques structurelles seront établis et mis en perspective avec des données biologiques.

Notre projet créera de nouvelles connaissances fondamentales grâce à la mise en œuvre de stratégies biochimiques innovantes pour la préparation de brins d'ARNm actifs en RMN et en fluorescence, ainsi que l'introduction de méthodologies de RMN à l'état solide et de fluorescence pionnières, adaptées à l'investigation approfondie de nano-objets multi-composants. Des données structurales uniques sur les NPL aux échelles atomique, moléculaire et nanométrique seront obtenues. Les NPL représentent l'une des plates-formes les plus largement utilisées et prometteuses pour les thérapies à ARNm. Les résultats du projet devraient conduire à une meilleure compréhension de leur organisation, de leur stabilité et de leurs propriétés physico-chimiques et biologiques, favorisant ainsi des innovations futures dans le domaine des vaccins à ARNm.