Rozszerzanie mocy interferencji RNA

Interferencja RNA (RNAi), technika, która może wyłączyć określone geny w żywych komórkach, ma ogromny potencjał w leczeniu wielu chorób spowodowanych nieprawidłowym działaniem genów. Jednak naukowcom trudno było znaleźć bezpieczne i skuteczne sposoby dostarczania blokującego geny RNA do właściwych celów.

Do tego momentu naukowcy uzyskali najlepsze wyniki z RNAi ukierunkowanym na choroby wątroby, po części dlatego, że jest to naturalne miejsce przeznaczenia nanocząstek. Ale teraz, w badaniu opublikowanym w numerze Nature Nanotechnology z 11 maja, zespół kierowany przez MIT donosi o osiągnięciu najsilniejszego dotychczas wyciszania genów RNAi w tkankach innych niż wątroba.

Inżynierowie MIT zaprojektowali nanocząsteczki przenoszące RNA (kolor czerwony), które mogą być pobierane przez komórki śródbłonka (kolor niebieski). Zdjęcie dzięki uprzejmości Aude Thiriot/Harvard.

Wykorzystując nanocząsteczki zaprojektowane i przebadane pod kątem dostarczania do śródbłonka krótkich nici RNA zwanych siRNA, naukowcy byli w stanie skierować RNAi do komórek śródbłonka, które tworzą wyściółkę większości narządów. Naukowcy twierdzą, że zwiększa to możliwość wykorzystania RNAi do leczenia wielu rodzajów chorób, w tym raka i chorób układu krążenia.

Coraz bardziej ekscytuje się zwłaszcza dostarczanie do wątroby, ale aby osiągnąć szeroki potencjał terapii RNAi, ważne jest, abyśmy byli w stanie dotrzeć również do innych części ciała, mówi Daniel Anderson, Samuel A. Goldblith profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej, członek Koch Institute for Integrative Cancer Research i Institute for Medical Engineering and Science oraz jeden z głównych autorów artykułu.

Innym starszym autorem artykułu jest Robert Langer, profesor Instytutu Davida H. Kocha na MIT i członek Instytutu Kocha. Głównymi autorami są absolwent MIT James Dahlman i Carmen Barnes z Alnylam Pharmaceuticals.

Ukierunkowana dostawa

RNAi to naturalnie występujący proces, odkryty w 1998 roku, który pozwala komórkom kontrolować ich ekspresję genetyczną. Informacja genetyczna jest zwykle przenoszona z DNA w jądrze do rybosomów, struktur komórkowych, w których powstają białka. Krótkie nici RNA zwane siRNA wiążą się z informacyjnym RNA, które przenosi tę informację genetyczną, uniemożliwiając jej dotarcie do rybosomu.

Anderson i Langer opracowali wcześniej nanocząsteczki, które obecnie znajdują się w fazie badań klinicznych, które mogą dostarczać siRNA do komórek wątroby zwanych hepatocytami poprzez powlekanie kwasów nukleinowych substancjami tłuszczowymi zwanymi lipidoidami. Hepatocyty chwytają te cząstki, ponieważ przypominają kropelki tłuszczu, które krążą we krwi po spożyciu wysokotłuszczowego posiłku.

Wątroba jest naturalnym miejscem przeznaczenia nanocząstek, mówi Anderson. Nie oznacza to, że łatwo jest dostarczyć RNA do wątroby, ale oznacza to, że jeśli wstrzykniesz nanocząsteczki do krwi, prawdopodobnie tam trafią.

Naukowcy odnieśli pewne sukcesy w dostarczaniu RNA do narządów innych niż wątroba, ale zespół MIT chciał opracować podejście, które pozwoliłoby uzyskać RNAi przy niższych dawkach RNA, co mogłoby sprawić, że leczenie byłoby skuteczniejsze i bezpieczniejsze.

Nowe cząstki MIT składają się z trzech lub więcej koncentrycznych kulek wykonanych z krótkich łańcuchów chemicznie modyfikowanego polimeru. RNA jest pakowane w każdą kulkę i uwalniane, gdy cząstki wejdą do komórki docelowej.

Wyciszanie genów

Kluczową cechą systemu MIT jest to, że naukowcom udało się stworzyć bibliotekę wielu różnych materiałów i szybko ocenić ich potencjał jako środków dostarczających. Przetestowali około 2400 wariantów ich cząstek w komórkach raka szyjki macicy, mierząc, czy mogą wyłączyć gen kodujący białko fluorescencyjne, które zostało dodane do komórek. Następnie przetestowali najbardziej obiecujące z tych w komórkach śródbłonka, aby sprawdzić, czy mogą wpływać na gen zwany TIE2, który ulega ekspresji prawie wyłącznie w komórkach śródbłonka.

Dzięki najlepiej działającym cząsteczkom naukowcy zmniejszyli ekspresję genów o ponad 50 procent, przy dawce zaledwie 0,20 miligrama na kilogram roztworu — około jednej setnej ilości wymaganej w przypadku istniejących nośników do śródbłonkowego RNAi. Wykazali również, że mogą blokować do pięciu genów jednocześnie, dostarczając różne sekwencje RNA.

Najlepsze wyniki uzyskano w przypadku komórek śródbłonka płuc, ale cząsteczki z powodzeniem dostarczały również RNA między innymi do nerek i serca. Chociaż cząsteczki penetrowały komórki śródbłonka w wątrobie, nie dostały się do hepatocytów wątroby.

Interesujące jest to, że zmieniając chemię nanocząstek, możesz wpływać na dostarczanie do różnych części ciała, ponieważ inne preparaty, nad którymi pracowaliśmy, są bardzo skuteczne w przypadku hepatocytów, ale nie tak silne w przypadku tkanek śródbłonka, mówi Anderson.

Aby zademonstrować potencjał w leczeniu chorób płuc, naukowcy wykorzystali nanocząsteczki do zablokowania dwóch genów związanych z rakiem płuc — receptora VEGF 1 i Dll4, które promują wzrost naczyń krwionośnych odżywiających guzy. Blokując je w komórkach śródbłonka płuc, naukowcy byli w stanie spowolnić wzrost guza płuc u myszy, a także ograniczyć rozprzestrzenianie się guzów przerzutowych.

Masanori Aikawa, profesor nadzwyczajny medycyny w Harvard Medical School, opisuje nową technologię jako monumentalny wkład, który powinien pomóc naukowcom w opracowaniu nowych terapii i dowiedzieć się więcej o chorobach tkanki śródbłonka, takich jak miażdżyca i retinopatia cukrzycowa, które mogą powodować ślepotę.

Komórki śródbłonka odgrywają bardzo ważną rolę w wielu etapach wielu chorób, od inicjacji do wystąpienia powikłań klinicznych, mówi Aikawa, która nie była częścią zespołu badawczego. Ten rodzaj technologii daje nam niezwykle potężne narzędzie, które może pomóc nam zrozumieć te wyniszczające choroby naczyniowe.

Naukowcy planują przetestować dodatkowe potencjalne cele w nadziei, że cząsteczki te zostaną ostatecznie wykorzystane do leczenia raka, miażdżycy i innych chorób.

Naukowcy z Alnylam Pharmaceuticals i Harvard Medical School również przyczynili się do badania, które zostało sfinansowane przez National Defense Science and Engineering Fellowship, National Science Foundation, MIT Presidential Fellowships, National Institutes of Health, Stop and Shop Pediatric Brain Tumor Fund, Pediatric Brain Tumor Fund, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Alnylam oraz Centre for RNA Therapeutics and Biology.

ukryć