Ein Team unter der Leitung von Professorin Olivia Merkel von der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) hat eine innovative Plattform entwickelt, die Machine Learning (ML) mit Molekulardynamik-Simulationen (MD-Simulationen) vereint. Diese Methode, Bits2Bonds genannt, ermöglicht das Design und die Optimierung neuer polymeriere Materialien zur gezielten Verabreichung therapeutischer RNA. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

Die Forschung wurde im Rahmen des ERC Consolidator Grants „RatInhalRNA“ durchgeführt, das sich auf RNA-Formulierungen für die Lungenanwendung konzentriert. Bisheriges experimentelles Screening von Polymeren ist zeitintensiv und teuer, während rein rechnerische Ansätze an Datenmangel oder hohem Rechenaufwand scheitern. Bits2Bonds überwindet diese Hürden, indem es grobkörnige MD-Simulationen mit ML-basiertem Moleküldesign kombiniert. So können Tausende potenzieller Trägermoleküle virtuell getestet werden, bevor sie experimentell geprüft werden, was die Entwicklung sicherer und effizienter RNA-Nanocarrier beschleunigt.

Olivia Merkel hebt hervor, dass diese hybride Strategie einen neuen Weg zur Entdeckung innovativer Materialien für RNA-Therapeutika ebnet. Die Methode unterstützt ein rationales, hochdurchsatzbasiertes Design und könnte personalisierte Arzneimittel näherbringen. Das Team bestätigte die Simulationsergebnisse durch Synthese und Test mehrerer Polymerkandidaten für siRNA-Transport, wobei eine klare Übereinstimmung mit der biologischen Wirksamkeit festgestellt wurde.

Die modulare Struktur der Pipeline erlaubt eine Anpassung an andere Polymerarten oder Nukleinsäure-Therapeutika wie mRNA und CRISPR, was vielseitige Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Die Arbeit verspricht, die Entwicklung von RNA-basierten Therapien, insbesondere für pulmonale Einsätze, erheblich voranzutreiben.

Original Paper:

From Bits to Bonds: High-Throughput Virtual Screening of Ribonucleic Acid Nanocarriers Using a Combinatorial Approach of Machine Learning and Molecular Dynamics | Journal of the American Chemical Society

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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