MIT ve Massachusetts Üniversitesi Tıp Fakültesi’ndeki mühendisler, yararlı proteinleri kodlayan haberci RNA’yı sağlayabildiği akciğerlere uygulanabilen yeni bir tür nanopartikül tasarladılar. Kredi: iStock, MIT News tarafından düzenlenmiştir
Araştırmacılar, bu RNA-dağıtım parçacıklarını kullanarak kistik fibroz ve diğer akciğer hastalıkları için yeni tedaviler geliştirmeyi umuyorlar.
MIT ve Massachusetts Üniversitesi Tıp Fakültesi mühendisleri, kistik fibroz ve diğer akciğer hastalıklarının tedavisinde potansiyel uygulamalarla akciğerlere yararlı proteinleri kodlayan mesajcı RNA’yı ileten nanopartiküller geliştirdiler. Bir fare çalışmasında, parçacıklar, mRNA kodlayan CRISPR/Cas9 gen düzenleme bileşenlerinin etkili bir şekilde verilmesini kolaylaştırdı ve hastalığa neden olan genleri değiştirebilen terapötik nanoparçacıkların yolunu açtı. Araştırmacılar, inhalasyon için nanoparçacıkları aerosol haline getirme üzerinde çalışıyorlar ve parçacıkları kistik fibroz ve diğer akciğer hastalıklarının fare modelinde test etmeyi planlıyorlar.
MIT’deki ve Massachusetts Üniversitesi Tıp Fakültesi’ndeki mühendisler, yeni bir tür tasarladılar. yararlı proteinleri kodlayan haberci RNA’yı sağlayabildiği akciğerlere uygulanabilen nanopartikül.
Araştırmacılar, daha fazla gelişmeyle bu parçacıkların kistik fibroz ve diğer akciğer hastalıkları için solunabilir bir tedavi sunabileceğini söylüyor.
“Bu, RNA’nın farelerde akciğerlere oldukça verimli bir şekilde iletilmesinin ilk gösterimidir. MIT Kimya Mühendisliği Bölümü’nde profesör ve MIT’nin Koch Bütünleştirici Kanser Araştırma Enstitüsü ve Tıp Enstitüsü üyesi Daniel Anderson, bunun kistik fibroz da dahil olmak üzere bir dizi genetik hastalığı tedavi etmek veya onarmak için kullanılabileceğinden umutluyuz” diyor. Mühendislik ve Bilim (IMES).
Fareler üzerinde yapılan bir çalışmada, Anderson ve meslektaşları, CRISPR/Cas9 gen düzenlemesi için gereken makineyi kodlayan mRNA’yı iletmek için parçacıkları kullandılar. Bu, hastalığa neden olan genleri kesip değiştirebilen terapötik nanopartiküller tasarlamanın kapısını açabilir.
30 Mart 2023’te Nature Biotechnology dergisinde yayınlanan çalışmanın kıdemli yazarları, Anderson. ; MIT’de David H. Koch Enstitüsü Profesörü Robert Langer; ve UMass Tıp Okulu RNA Terapötikleri Enstitüsü’nde doçent olan Wen Xue. şu anda Toronto Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan eski bir MIT postdoc olan Bowen Li; MIT doktora sonrası öğrencisi Rajith Singh Manan; ve UMass Tıp Okulu’nda postdoc olan Shun-Qing Liang, makalenin baş yazarlarıdır.
Akciğerleri hedefleme
Messenger RNA, kusurlu proteinlerin neden olduğu çeşitli hastalıkları tedavi etmek için bir terapötik olarak büyük bir potansiyele sahiptir. genler. Şimdiye kadar konuşlandırılmasının önündeki engellerden biri, onu hedef dışı etkiler olmadan vücudun doğru bölgesine ulaştırmanın zorluğu olmuştur. Enjekte edilen nanoparçacıklar genellikle karaciğerde birikmektedir, bu nedenle karaciğer hastalıkları için potansiyel mRNA tedavilerini değerlendiren birkaç klinik çalışma şu anda devam etmektedir. Doğrudan kas dokusuna enjekte edilen RNA bazlı Covid-19 aşılarının da etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bu durumların birçoğunda, mRNA, bir lipit nanopartikül içinde kapsüllenir; bu, mRNA’nın erken parçalanmasını önleyen ve hedef hücrelere girmesine yardımcı olan yağlı bir küredir.
Birkaç yıl önce, Anderson’ın laboratuvarı, akciğerlerin astarının çoğunu oluşturan epitel hücrelerini daha iyi transfekte edebilecektir. 2019’da laboratuvarı, biyolüminesan bir proteini kodlayan mRNA’yı akciğer hücrelerine iletebilen nanoparçacıklar yarattı. Bu parçacıklar, akciğerlere inhalasyon için aerosol haline gelmelerini kolaylaştıran lipidler yerine polimerlerden yapılmıştır. Ancak, güçlerini artırmak ve kullanışlılıklarını en üst düzeye çıkarmak için bu parçacıklar üzerinde daha fazla çalışma yapılması gerekiyor.
Araştırmacılar yeni çalışmalarında, akciğerleri hedef alabilecek lipid nanoparçacıkları geliştirmeye başladılar. Parçacıklar, iki parça içeren moleküllerden oluşur: pozitif yüklü bir ana grup ve uzun bir lipit kuyruğu. Ana grubun pozitif yükü, parçacıkların negatif yüklü mRNA ile etkileşime girmesine yardımcı olur ve aynı zamanda mRNA’nın, hücrelere girdikten sonra parçacıkları yutan hücresel yapılardan kaçmasına da yardımcı olur.
Bu arada, lipit kuyruk yapısı yardımcı olur parçacıkların hücre zarından geçmesini sağlar. Araştırmacılar, lipit kuyrukları için 10 farklı kimyasal yapı ve 72 farklı ana grup buldular. Araştırmacılar, farelerde bu yapıların farklı kombinasyonlarını tarayarak, akciğerlere ulaşma olasılığı en yüksek olanları tespit edebildiler.
Verimli dağıtım
Farelerde yapılan ileri testlerde, araştırmacılar şunu gösterdi: parçacıkları, hayvanların akciğer hücrelerine genetik olarak kodlanmış bir durdurma sinyalini kesmek için tasarlanmış CRISPR/Cas9 bileşenlerini kodlayan mRNA’yı iletmek için kullanabilirler. Bu dur sinyali kaldırıldığında, bir floresan protein için bir gen açılır. Bu flüoresan sinyalin ölçülmesi, araştırmacıların, hücrelerin yüzde kaçının mRNA’yı başarıyla ifade ettiğini belirlemesine olanak tanır.
Araştırmacılar, bir doz mRNA’dan sonra, akciğer epitel hücrelerinin yaklaşık yüzde 40’ının transfekte edildiğini buldu. İki doz, seviyeyi yüzde 50’nin üzerine ve üç doz yüzde 60’a çıkardı. Akciğer hastalığını tedavi etmek için en önemli hedefler, kulüp hücreleri ve kirpikli hücreler olarak adlandırılan iki tür epitel hücresidir ve bunların her biri yaklaşık yüzde 15 oranında transfekte edilmiştir.
“Bu, düzenleyebildiğimiz hücrelerin gerçekten akciğer hastalığı için ilgi hücreleri,” diyor Li. “Bu lipit, mRNA’yı akciğere şimdiye kadar bildirilen diğer tüm dağıtım sistemlerinden çok daha verimli bir şekilde iletmemizi sağlayabilir.”
Yeni parçacıklar ayrıca hızla parçalanarak akciğerden temizlenmelerini sağlar. birkaç gün içinde ve iltihaplanma riskini azaltır. Parçacıklar, tekrarlanan dozlara ihtiyaç duyulursa aynı hastaya birden çok kez de verilebilir. Bu onlara, zararsız adenovirüslerin değiştirilmiş bir versiyonunu kullanan mRNA’yı iletmeye yönelik başka bir yaklaşıma göre bir avantaj sağlar. Bu virüsler, RNA’yı iletmede çok etkilidir, ancak konakçıda bir bağışıklık tepkisi oluşturdukları için tekrar tekrar verilemezler.
“Bu başarı, çeşitli akciğer hastalıkları için umut vaat eden terapötik akciğer geni verme uygulamalarının önünü açıyor.” çalışmaya dahil olmayan Tel Aviv Üniversitesi Hassas Nanotıp Laboratuvarı direktörü Dan Peer diyor. “Bu platform, hücre içermemesi, hızlı üretime olanak sağlaması ve yüksek düzeyde çok yönlülüğe ve olumlu bir güvenlik profiline sahip olması dahil olmak üzere, geleneksel aşılara ve tedavilere kıyasla çeşitli avantajlara sahiptir.”
Bu çalışmadaki parçacıkları iletmek için, araştırmacılar, genellikle akciğerlere ilaç dağıtımını modellemenin bir yolu olarak kullanılan intratrakeal damlatma adı verilen bir yöntem kullandılar. Şu anda nanopartiküllerini daha kararlı hale getirmek için çalışıyorlar, böylece aerosol haline getirilip bir nebülizör kullanılarak solunabilirler.
Araştırmacılar ayrıca, gende bulunan genetik mutasyonu düzeltebilecek mRNA’yı iletmek için parçacıkları test etmeyi planlıyorlar. hastalığın bir fare modelinde kistik fibroza neden olur. Ayrıca idiyopatik pulmoner fibroz gibi diğer akciğer hastalıkları için tedaviler ve doğrudan akciğerlere verilebilecek mRNA aşıları geliştirmeyi umuyorlar.
Referans: “Pulmoner mRNA iletimi ve genom için nanopartiküllerin kombinatoryal tasarımı düzenleme” yazan Bowen Li, Rajith Singh Manan, Shun-Qing Liang, Akiva Gordon, Allen Jiang, Andrew Varley, Guangping Gao, Robert Langer, Wen Xue ve Daniel Anderson, 30 Mart 2023, Nature Biotechnology.
DOI : 10.1038/s41587-023-01679-x
Araştırma, Translate Bio, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Leslie Dan Eczacılık Fakültesi başlangıç fonu, University of PRiME Doktora Sonrası Bursu tarafından finanse edilmiştir. Toronto, Amerikan Kanser Topluluğu ve Kistik Fibrozis Vakfı.