Lille konstrueret terapeutisk leveringssystem løser sikkert genetiske problemer hos mus

At indsætte genetisk materiale i kroppen for at behandle sygdomme forårsaget af genmutationer kan virke, videnskabsmænd siger - men at få disse materialer til det rigtige sted sikkert er vanskeligt.

Forskere rapporterer i dag i tidsskriftet Videnskabens fremskridt at de lipidbaserede nanopartikler de konstruerede, bærer to sæt instruktioner til proteinfremstilling, viste i dyreforsøg, at de har potentiale til at fungere som terapier for to genetiske lidelser.

I et eksperiment, de nyttelastholdige nanopartikler foranledigede produktionen af ​​det manglende koagulationsprotein i mus, der er modeller for hæmofili. I en anden test, nanopartiklernes last reducerede aktiveringsniveauet af et gen, der når overaktiv, forstyrrer clearance af kolesterol fra blodbanen.

Hver nanopartikel indeholdt en anvendelig messenger RNA-molekyler, der oversætter genetisk information til funktionelle proteiner.

"Vi demonstrerede to applikationer til lipidlignende nanomaterialer, der effektivt leverer deres last, passende biologisk nedbrydelig og tolereres godt, " sagde Yizhou Dong, seniorforfatter af undersøgelsen og lektor i farmaceutik og farmakologi ved Ohio State University.

"Med dette arbejde, vi har sænket potentielle bivirkninger og toksicitet, og har udvidet det terapeutiske vindue. Dette giver os selvtillid til at forfølge undersøgelser i større dyremodeller og fremtidige kliniske forsøg."

Dette arbejde bygger på en samling af lipidlignende sfæriske forbindelser, som Dong og kolleger tidligere havde udviklet til at levere messenger-RNA. Denne linje af partikler blev designet til at målrette mod lidelser, der involverer gener, der udtrykkes i leveren.

Holdet eksperimenterede med forskellige strukturelle ændringer af disse partikler, effektivt at tilføje "haler" af forskellige typer molekyler til dem, før de landede på den struktur, der gjorde materialerne mest stabile. De bittesmå forbindelser har et stort arbejde at udføre:at tage på en rejse gennem blodbanen, transporterer molekyler til målstedet, frigivelse af den ideelle koncentration af messenger-RNA-last på præcis det rigtige tidspunkt og sikkert nedbrydende.

Testene i mus antydede, at disse partikler kunne gøre netop det.

Forskerne injicerede nanopartikler indeholdende messenger-RNA med instruktionerne om at producere et protein kaldet human faktor VIII i blodbanen hos normale mus og musemodeller for hæmofili. Mangel på dette protein, som får blodet til at størkne, forårsager blødningsforstyrrelsen. Inden for 12 timer, de mangelfulde mus producerede nok human faktor VIII til at nå 90 procent af normal aktivitet. Et tjek af organerne hos både protein-mangelfulde mus og normale mus viste, at behandlingen ikke forårsagede organskader.

"Det kan være nyttigt at tænke på dette som en proteinerstatningsterapi, " sagde Dong.

I det andet eksperiment, nanomaterialer blev fyldt med to typer instruktioner:messenger-RNA, der bærer den genetiske kode for en DNA-base-editor, og et guide-RNA for at sikre, at ændringerne skete i et specifikt gen i leveren kaldet PCSK9. Dusinvis af mutationer, der øger dette gens aktivitet, er kendt for at forårsage højt kolesteroltal ved at reducere clearance af kolesterol fra blodbanen.

Analyser viste, at behandlingen resulterede i den tilsigtede mutation af omkring 60 procent af målbaseparrene i PCSK9-genet, og fastslog, at kun en lav dosis var nødvendig for at producere høj redigeringseffekt.

Dong krediterede akademiske partnere og industripartnere for at hjælpe med at fremme dette arbejde. Tilsvarende forfattere inkluderer Denise Sabatino fra Children's Hospital of Philadelphia og Delai Chen fra Boston-baserede Beam Therapeutics, der leverede ekspertise i hæmofili og DNA-baseredigering, henholdsvis.

Dong og førsteforfatter Xinfu Zhang er opfindere af patentansøgninger indgivet af Ohio State relateret til de lipidlignende nanopartikler. Denne teknologi er blevet licenseret til yderligere klinisk udvikling.