Forstærker RNA-interferens

Nanopartikler, der leverer korte RNA-strenge, tilbyder en måde at behandle kræft og andre sygdomme på ved at lukke for dårligt fungerende gener. Selvom denne tilgang har vist noget lovende, forskere er stadig ikke sikre på præcis, hvad der sker med nanopartiklerne, når de kommer ind i deres målceller.

En ny undersøgelse fra MIT kaster lys over nanopartiklernes skæbne og foreslår nye måder at maksimere leveringen af ​​de RNA-strenge, de bærer på, kendt som kort interfererende RNA (siRNA).

"Vi har været i stand til at udvikle nanopartikler, der kan levere nyttelast ind i celler, men vi forstod ikke rigtig, hvordan de gør det, siger Daniel Andersen, Samuel Goldblith-lektor i kemiteknik ved MIT. "Når du ved, hvordan det fungerer, der er potentiale for, at du kan pille ved systemet og få det til at fungere bedre."

Andersen, medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og MIT's Institute for Medical Engineering and Science, er leder af et forskerhold, der satte sig for at undersøge, hvordan nanopartiklerne og deres lægemiddelnyttelast behandles på cellulært og subcellulært niveau. Deres resultater vises i 23. juni-udgaven af Natur bioteknologi . Robert Langer, David H. Koch Institute Professor ved MIT, er også forfatter til papiret.

En RNA-leveringsmetode, der har vist sig særligt lovende, er at pakke strengene med et lipidlignende materiale; lignende partikler er nu i klinisk udvikling for leverkræft og andre sygdomme.

Gennem en proces kaldet RNA-interferens, siRNA retter sig mod messenger RNA (mRNA), som bærer genetiske instruktioner fra en celles DNA til resten af ​​cellen. Når siRNA binder til mRNA, beskeden, der bæres af det mRNA, er ødelagt. Udnyttelse af denne proces kan gøre det muligt for videnskabsmænd at slukke for gener, der tillader kræftceller at vokse ukontrolleret.

Forskere vidste allerede, at siRNA-bærende nanopartikler trænger ind i celler gennem en proces, kaldet endocytose, hvorved celler opsluger store molekyler. MIT-holdet fandt ud af, at når nanopartiklerne kommer ind i celler, bliver de fanget i bobler kendt som endocytiske vesikler. Dette forhindrer det meste af siRNA'et i at nå sit mål-mRNA, som er placeret i cellens cytosol (cellens hovedlegeme).

Dette sker selv med de mest effektive siRNA-leveringsmaterialer, tyder på, at der er meget plads til at forbedre leveringshastigheden, siger Anderson.

"Vi tror på, at disse partikler kan gøres mere effektive. De er allerede meget effektive, til det punkt, hvor mikrogram lægemiddel pr. kilogram dyr kan virke, men disse typer undersøgelser giver os fingerpeg om, hvordan vi kan forbedre ydeevnen, " siger Anderson.

Molekylær trafikprop

Forskerne fandt ud af, at når celler absorberer lipid-RNA nanopartiklerne, de nedbrydes inden for cirka en time og udskilles fra cellerne.

De identificerede også et protein kaldet Niemann Pick type C1 (NPC1) som en af ​​de vigtigste faktorer i nanopartikelgenanvendelsesprocessen. Uden dette protein, partiklerne kunne ikke udskilles fra cellerne, give siRNA mere tid til at nå sine mål. "I mangel af NPC1, der er trafikprop, og siRNA får mere tid til at flygte fra den trafikprop, fordi der er et efterslæb, " siger Gaurav Sahay, en MIT postdoc og hovedforfatter af Nature Biotechnology-papiret.

I undersøgelser af celler dyrket i laboratoriet uden NPC1, forskerne fandt, at niveauet af gendæmpning opnået med RNA-interferens var 10 til 15 gange større end i normale celler.

Mangel på NPC1 forårsager også en sjælden lysosomal lagringsforstyrrelse, der normalt er dødelig i barndommen. Resultaterne tyder på, at patienter med denne lidelse kan have stor gavn af potentiel RNA-interferensterapi leveret af denne type nanopartikler, siger forskerne. De planlægger nu at studere virkningerne af at slå NPC1-genet ud på siRNA-levering hos dyr, med øje for at teste mulige siRNA-behandlinger for lidelsen.

Forskerne leder også efter andre faktorer, der er involveret i genanvendelse af nanopartikler, som kan være gode mål for muligvis at bremse eller blokere genanvendelsesprocessen, som de mener kunne hjælpe med at gøre RNA-interferensmedicin meget mere potent. Mulige måder at gøre det på kunne omfatte at give et lægemiddel, der forstyrrer genanvendelse af nanopartikler, eller skabe nanopartikelmaterialer, der mere effektivt kan unddrage sig genbrugsprocessen.

"Dette papir beskriver en ny og meget vigtig måde at forbedre styrken af ​​siRNA leveringssystemer ved at hæmme proteiner, der genbruger importeret materiale tilbage ud af cellen, " siger Pieter Cullis, en professor i biokemi og molekylærbiologi ved University of British Columbia, som ikke var en del af forskerholdet. "Det er muligt, at denne tilgang vil give anledning til de størrelsesordensforbedringer i styrke, der kræves for at siRNA-baserede terapier kan være mere generelt effektive midler til at behandle sygdom."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.