Opdagelse af et universelt system til transport af nukleinsyrer ind i celler

Forskere fra IOCB Prag har opdaget en ny type stoffer, der sikkert kan transportere forskellige typer nukleinsyrer, der bruges til terapeutiske formål, ind i cellerne, fra grundlæggende byggesten til lange kæder af RNA eller DNA. Den universelle karakter af deres system adskiller det fra eksisterende løsninger og åbner døren til en bred vifte af anvendelser i behandlingen af ​​genetiske sygdomme såvel som i mRNA-vacciner, som er blevet populære i nyere tid. Resultaterne af deres forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

Nukleinsyrerne DNA og RNA er primært kendt som bærere af genetisk information. I øjeblikket, mRNA-molekylet, som danner grundlag for genetiske vacciner mod COVID-19, har skabt stor opmærksomhed. mRNA-molekylet fungerer som en slags recept til syntese af et specifikt protein, for eksempel spikeproteinet fra coronavirus, mod hvilken organismen så begynder at producere antistoffer naturligt. Denne syntese foregår inde i cellen, så det passende molekyle skal først komme sikkert dertil.

"RNA er et meget ustabilt stof, som er udsat for hurtig nedbrydning. For overhovedet at transportere det ind i cellen, det skal pakkes for at beskytte det mod det omgivende miljø og sikre dets sikker transport ind i cellekroppen. Men det er ikke noget trivielt problem, " forklarer Klára Grantz Šašková fra gruppen Proteases of Human Pathogens på IOCB Prag.

I terapi, lipider bruges i kombination med andre molekyler, der er i stand til at klynge sig sammen med RNA og skabe nanopartikler, hvor nukleinsyren er beskyttet mod sine omgivelser. Dette princip bruges af de nyeste mRNA-vacciner mod coronavirus, for eksempel.

"Fordi forskellige RNA-molekyler af forskellig størrelse bruges til hver målrettet terapi, indtil nu har der været behov for at finde en unik sammensætning af lipider for hver specifik type RNA, der er i stand til at pakke molekylet, transportere det ind i cellen, og så frigive den. I øvrigt, sådan en pakke skal være sikker for den menneskelige krop, og det komplicerer og bremser udviklingen betydeligt, " siger Petr Cígler, som leder gruppen for syntetisk nanokemi ved IOCB Prag.

Et team af forskere ved IOCB Prag ledet af Petr Cígler og Klára Grantz Šašková i samarbejde med forskere ved Institut for Molekylær Genetik ved Det Tjekkiske Videnskabsakademi, Charles University, og BIOCEV-centret har opdaget en ny type nanopartikler, uden yderligere komplicerede ændringer, er i stand til at transportere nukleinsyrer af varierende længde ind i celler, fra basale byggesten af ​​nukleinsyrer og kort siRNA brugt i genterapi til mRNA og lange DNA-kæder. Disse nanopartikler, navngivet som XMAN, er ikke giftige for kroppen og kan let trænge ind i cellelegemet og frigive deres last med sammenlignelig effektivitet for de fleste nukleinsyretyper.

"Det, der gør vores forbindelser specielle, er, at de virker universelt. Det betyder, at de kan transportere enhver type nukleinsyre ind i celler, og de gør det med meget samme effektivitet. De er også i stand til at komme sikkert ind i celler, der er meget svære at trænge ind, såsom primære humane hepatocytter eller cellelinjer fra forskellige hæmatologiske kræftformer, som i øjeblikket repræsenterer et vanskeligt terapimål, " siger Grantz Šašková.

"En anden stor fordel er deres langsigtede stabilitet ved relativt normale temperaturer. I modsætning til de mRNA-vacciner, der i øjeblikket er i brug, som skal opbevares ved minus 70 grader celsius, vores nanopartikler kan opbevares i flere måneder i et almindeligt køleskab, " tilføjer Cígler.

Evnen til at transportere molekyler af varierende størrelse ind i celler gør det lettere at bruge systemet selv i genetiske terapier, der er meget forskellige fra hinanden. Ud over mRNA-vacciner, disse omfatter sygdomme som hæmofili A eller cystisk fibrose forårsaget af utilstrækkelig produktion af et bestemt protein. I sådanne tilfælde, mRNA-molekylet gør det muligt for cellen at producere det manglende protein.

De nye molekyler er også velegnede til behandling af sygdomme forårsaget af produktion af patologiske proteiner, såsom visse former for livstruende amyloidose, hvor problemer er forårsaget af det dårligt fungerende protein transthyretin. I sådanne tilfælde er det muligt at transportere et kort segment af RNA kaldet siRNA (lille interfererende RNA), som ved indtræden i cellen er i stand til at slukke for produktionen af ​​det skadelige eller dårligt fungerende protein.

Yderligere forskning i nye lipid-nanopartikler kan føre til målrettet transport ind i specifikke typer celler, hvilken, blandt andet, er nyttig til udvikling af personlige anticancervacciner eller RNA-lægemidler til behandling af neurodegenerative sygdomme.

Det nye universelle system til transport af terapeutiske nukleinsyrer ind i celler har et stort potentiale for udvikling af nye vacciner og lægemidler. Derfor, IOCB TECH, datterselskabet tech transfer office af IOCB Prag, arbejder intensivt på sin kommercialisering og forhandler med mulige partnere fra medicinalindustrien.