Udvidelse af kraften i RNA-interferens

RNA-interferens (RNAi), en teknik, der kan slukke for specifikke gener inde i levende celler, rummer et stort potentiale til at behandle mange sygdomme forårsaget af gener, der ikke fungerer. Det har dog været vanskeligt for forskere at finde sikre og effektive måder at levere genblokerende RNA til de korrekte mål.

Indtil nu har forskere opnået de bedste resultater med RNAi målrettet mod sygdomme i leveren, blandt andet fordi det er en naturlig destination for nanopartikler. Men nu, i en undersøgelse, der vises i 11. maj-udgaven af ​​Nature Nanotechnology, rapporterer et MIT-ledet hold, at de har opnået den mest potente RNAi-gendæmpning til dato i ikke-levervæv.

MIT-ingeniører designede RNA-bærende nanopartikler (røde), der kan optages af endotelceller (farvet blå). Billede udlånt af Aude Thiriot/Harvard.

Ved at bruge nanopartikler designet og screenet til endotellevering af korte RNA-strenge kaldet siRNA, var forskerne i stand til at målrette RNAi til endotelceller, som danner foring af de fleste organer. Dette øger muligheden for at bruge RNAi til at behandle mange typer sygdomme, herunder kræft og hjerte-kar-sygdomme, siger forskerne.

Der har været en voksende mængde spænding omkring levering til leveren især, men for at opnå det brede potentiale af RNAi-terapi, er det vigtigt, at vi også er i stand til at nå andre dele af kroppen, siger Daniel Anderson, Samuel A. Goldblith Associate Professor of Chemical Engineering, medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og Institute for Medical Engineering and Science, og en af ​​artiklens seniorforfattere.

Avisens anden seniorforfatter er Robert Langer, David H. Koch Institute Professor ved MIT og medlem af Koch Institute. Hovedforfatterne er MIT kandidatstuderende James Dahlman og Carmen Barnes fra Alnylam Pharmaceuticals.

Målrettet levering

RNAi er en naturligt forekommende proces, opdaget i 1998, der tillader celler at kontrollere deres genetiske ekspression. Genetisk information føres normalt fra DNA i kernen til ribosomer, cellulære strukturer, hvor proteiner dannes. Korte RNA-strenge kaldet siRNA binder til messenger-RNA'et, der bærer denne genetiske information, og forhindrer det i at nå ribosomet.

Anderson og Langer har tidligere udviklet nanopartikler, nu i klinisk udvikling, der kan levere siRNA til leverceller kaldet hepatocytter ved at belægge nukleinsyrerne i fedtstoffer kaldet lipidoider. Hepatocytter griber fat i disse partikler, fordi de ligner de fede dråber, der cirkulerer i blodet, efter at et måltid med højt fedtindhold er indtaget.

Leveren er en naturlig destination for nanopartikler, siger Anderson. Det betyder ikke, at det er let at levere RNA til leveren, men det betyder, at hvis du injicerer nanopartikler i blodet, vil de sandsynligvis ende der.

Forskere har haft en vis succes med at levere RNA til ikke-leverorganer, men MIT-teamet ønskede at udtænke en tilgang, der kunne opnå RNAi med lavere doser af RNA, hvilket kunne gøre behandlingen mere effektiv og sikrere.

De nye MIT-partikler består af tre eller flere koncentriske kugler lavet af korte kæder af en kemisk modificeret polymer. RNA pakkes i hver sfære og frigives, når partiklerne kommer ind i en målcelle.

Gendæmpning

Et nøgletræk ved MIT-systemet er, at forskerne var i stand til at skabe et bibliotek af mange forskellige materialer og hurtigt evaluere deres potentiale som leveringsagenter. De testede omkring 2.400 varianter af deres partikler i livmoderhalskræftceller ved at måle, om de kunne slukke for et gen, der koder for et fluorescerende protein, som var blevet tilføjet til cellerne. De testede derefter de mest lovende af dem i endotelceller for at se, om de kunne interferere med et gen kaldet TIE2, som næsten udelukkende udtrykkes i endotelceller.

Med de bedst ydende partikler reducerede forskerne genekspression med mere end 50 procent for en dosis på kun 0,20 milligram pr. kilogram opløsning - omkring en hundrededel af den mængde, der kræves med eksisterende endotel-RNAi-leveringsbærere. De viste også, at de kunne blokere op til fem gener på én gang ved at levere forskellige RNA-sekvenser.

De bedste resultater blev set i lungeendotelceller, men partiklerne leverede også med succes RNA til nyrerne og hjertet, blandt andre organer. Selvom partiklerne penetrerede endotelceller i leveren, trængte de ikke ind i leverens hepatocytter.

Det interessante er, at ved at ændre nanopartiklernes kemi kan du påvirke leveringen til forskellige dele af kroppen, fordi de andre formuleringer, vi har arbejdet på, er meget potente for hepatocytter, men ikke så potente for endotelvæv, siger Anderson.

For at demonstrere potentialet for behandling af lungesygdomme brugte forskerne nanopartiklerne til at blokere to gener, der har været impliceret i lungekræft - VEGF-receptor 1 og Dll4, som fremmer væksten af ​​blodkar, der nærer tumorer. Ved at blokere disse i lungeendotelceller var forskerne i stand til at bremse lungetumorvækst hos mus og også reducere spredningen af ​​metastatiske tumorer.

Masanori Aikawa, der er lektor i medicin ved Harvard Medical School, beskriver den nye teknologi som et monumentalt bidrag, der skal hjælpe forskere med at udvikle nye behandlinger og lære mere om sygdomme i endotelvæv såsom åreforkalkning og diabetisk retinopati, som kan forårsage blindhed.

Endotelceller spiller en meget vigtig rolle i flere trin af mange sygdomme, fra initiering til begyndelsen af ​​kliniske komplikationer, siger Aikawa, som ikke var en del af forskerholdet. Denne form for teknologi giver os et ekstremt kraftfuldt værktøj, der kan hjælpe os med at forstå disse ødelæggende karsygdomme.

Forskerne planlægger at teste yderligere potentielle mål i håb om, at disse partikler i sidste ende kunne blive indsat til at behandle kræft, åreforkalkning og andre sygdomme.

Forskere fra Alnylam Pharmaceuticals og Harvard Medical School bidrog også til undersøgelsen, som blev finansieret af et 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 og Center for RNA Therapeutics and Biology.

skjule