Onderzoekers identificeren nanodeeltjes die voor de geboorte therapeutisch mRNA zouden kunnen afgeven

Onderzoekers van het Children’s Hospital in Philadelphia en de School of Engineering and Applied Science van de University of Pennsylvania hebben ioniseerbare lipidenanodeeltjes geïdentificeerd die kunnen worden gebruikt om mRNA af te geven als onderdeel van foetale therapie. De proof-of-concept-studie, vandaag gepubliceerd in Science Advances, heeft een aantal formuleringen van lipidenanodeeltjes ontwikkeld en gescreend voor het richten op foetale organen van muizen en heeft de basis gelegd voor het testen van potentiële therapieën om genetische ziekten vóór de geboorte te behandelen.

“Dit is een belangrijke eerste stap bij het identificeren van niet-virale gemedieerde benaderingen voor het leveren van geavanceerde therapieën vóór de geboorte”, zei senior co-auteur William H. Peranteau, MD, een behandelend chirurg bij de afdeling Algemene, Thorax- en Foetale Chirurgie en -McCausland Distinguished Chair in Foetal and Pediatric Surgery bij CHOP. “Deze lipidenanodeeltjes kunnen een platform bieden voor in utero afgifte van mRNA, dat zou worden gebruikt in therapieën zoals foetale eiwitvervanging en genbewerking.”

Michael J. Mitchell, Skirkanich Assistant Professor of Innovation bij Penn Engineering’s Department of Bioengineering, is de andere co-senior auteur van de studie.

Recente vorderingen in de technologie voor DNA-sequentiebepaling en prenatale diagnostiek hebben het mogelijk gemaakt om veel genetische ziekten voor de geboorte te diagnosticeren. Sommige van deze ziekten worden na de geboorte behandeld met proteïne- of enzymvervangende therapieën, maar tegen die tijd hebben enkele van de schadelijke effecten van de ziekte hun intrede gedaan. Het toepassen van therapieën terwijl de patiënt nog in de baarmoeder is, heeft dus het potentieel om bij sommige aandoeningen effectiever te zijn. De kleine grootte van de foetus maakt maximale therapeutische dosering mogelijk, en het onvolgroeide foetale immuunsysteem tolereert mogelijk meer vervangingstherapie.

Van de mogelijke dragers voor het introduceren van therapeutische eiwitvervanging, onderscheidt mRNA zich van andere nucleïnezuren, zoals DNA, omdat het de kern niet hoeft binnen te gaan en de eigen machinerie van het lichaam kan gebruiken om de gewenste eiwitten te produceren. Momenteel omvatten de gebruikelijke methoden voor de afgifte van nucleïnezuren virale vectoren en niet-virale benaderingen. Hoewel virale vectoren mogelijk zeer geschikt zijn voor gentherapie, lopen ze het potentiële risico van ongewenste integratie van het transgen of delen van de virale vector in het ontvangende genoom. Er is dus een belangrijke behoefte om veilige en effectieve niet-virale nucleïnezuurafgiftetechnologieën te ontwikkelen om prenatale ziekten te behandelen.

Om potentiële niet-virale toedieningssystemen voor therapeutisch mRNA te identificeren, hebben de onderzoekers een bibliotheek van lipidenanodeeltjes ontworpen, kleine deeltjes van minder dan 100 nanometer die effectief cellen binnendringen in ontvangers van muizenfoetussen. Elke formulering van lipidenanodeeltjes werd gebruikt om mRNA in te kapselen, dat werd toegediend aan muizenfoetussen. De onderzoekers ontdekten dat verschillende van de lipidenanodeeltjes functionele mRNA-afgifte aan foetale levers mogelijk maakten en dat sommige van die lipidenanodeeltjes ook mRNA afleverden aan de foetale longen en darmen. Ze beoordeelden ook de lipidenanodeeltjes op toxiciteit en vonden dat ze even veilig of veiliger waren dan bestaande formuleringen.

Nadat ze de lipidenanodeeltjes hadden geïdentificeerd die zich konden ophopen in foetale levers, longen en darmen met de hoogste efficiëntie en veiligheid, testten de onderzoekers ook het therapeutische potentieel van die ontwerpen door ze te gebruiken om erytropoëtine (EPO) -mRNA af te geven, zoals het EPO-eiwit is gemakkelijk traceerbaar. Ze ontdekten dat afgifte van EPO-mRNA aan levercellen bij muizenfoetussen resulteerde in verhoogde niveaus van EPO-eiwit in de foetale circulatie, wat een model opleverde voor eiwitvervangingstherapie via de lever met behulp van deze lipidenanodeeltjes.

“Een centrale uitdaging op het gebied van gentherapie is de levering van nucleïnezuren aan doelcellen en weefsels, zonder bijwerkingen te veroorzaken in gezond weefsel. Dit is moeilijk te bereiken bij volwassen dieren en mensen, die uitgebreid zijn bestudeerd. bekend in termen van wat er nodig is om te bereiken in utero nucleïnezuurafgifte, “zei Mitchell. “We zijn erg enthousiast over de eerste resultaten van onze lipidenanodeeltjestechnologie om mRNA op een veilige en effectieve manier in utero af te geven, wat nieuwe wegen zou kunnen openen voor lipidenanodeeltjes en mRNA-therapieën om ziekten vóór de geboorte te behandelen.”