Nieuwe nanokooien voor levering van kleine interfererende RNA’s

Kleine interfererende RNA’s (siRNA’s) zijn nieuwe therapieën die kunnen worden gebruikt om een ​​breed scala aan ziekten te behandelen. Dit heeft geleid tot een groeiende vraag naar selectieve, efficiënte en veilige manieren om siRNA in cellen af ​​te leveren. Nu hebben onderzoekers in een samenwerking tussen de Universiteiten van Amsterdam en Leiden speciale moleculaire nanokooien ontwikkeld voor siRNA-afgifte. In een krant net in het tijdschrift Chem ze presenteren nanokooien die gemakkelijk te bereiden zijn en afstembare siRNA-afgiftekenmerken vertonen.

De nanokooien zijn ontwikkeld in de onderzoeksgroep voor Homogene, Supramoleculaire en Bio-geïnspireerde katalyse van prof. Joost Reek en Bas de Bruin aan het Van ’t Hoff Institute for Molecular Sciences van de Universiteit van Amsterdam, en verder onderzoek in de groep prof. Alexander Kros aan het Leids Instituut voor Chemie.

De onderzoekers werden gemotiveerd door het potentieel van siRNA in gentherapie, waarvoor effectieve toedieningssystemen nodig zijn. Ze wilden nanokooien ontwikkelen met functionele groepen aan de buitenkant, waardoor de kooien siRNA-strengen konden binden. Omdat de binding gebaseerd is op reversibele bindingen, kan het siRNA in principe in een cellulaire omgeving worden vrijgegeven. Om de afleveringskenmerken van hun nanokooien te onderzoeken, voerden de onderzoekers een laboratoriumonderzoek uit met verschillende menselijke kankercellen.

Een reeks nanokooien

De nanokooien zijn constructies van kleine moleculaire bouwstenen, zogenaamde ditopische liganden, die met metaalatomen aan elkaar zijn verbonden. Een typische kooi bestaat uit 12 metaalatomen en 24 liganden, vandaar de afkorting M12L24. De onderzoekers ontwierpen en synthetiseerden vijf verschillende liganden om moleculaire kooien te vormen met verschillende siRNA-bindingsaffiniteiten. Vervolgens maakten ze een reeks siRNA-bindende nanokooien met platina of palladium als verbindend metaal. De nanokooien van palladium zijn minder stabiel in een cellulaire omgeving en ontleding is een van de mechanismen voor het vrijgeven van siRNA.

Na het screenen van kenmerken van de nanokooi, zoals stabiliteit en siRNA-bindingsvermogen, werden de afleveringskenmerken op de proef gesteld in assays op basis van siRNA-gemedieerde Green Fluorescent Protein (GFP) silencing. De kooien werden gebruikt om siRNA af te leveren aan menselijke cellen die GFP tot expressie brengen, zodat fluorescentiemetingen een succesvolle siRNA-afgifte konden vaststellen. Er werden twee soorten menselijke cellijnen gebruikt: HeLa en U2Os.

De samenstelling van de kooi bepaalt de afgifte van siRNA

Tot hun verbazing konden de onderzoekers niet alleen een bevredigende afgifte van siRNA aantonen, maar ontdekten ze ook een opmerkelijke differentiatie, afhankelijk van het metaal dat in de nanokooi werd gebruikt. Waar een op platina gebaseerde Pt12L24-nanokooi zeer effectieve siRNA-afgifte aan U2OS-cellen vertoonde, vertoonde deze weinig efficiëntie voor HeLa. Daarentegen leverde de op palladium gebaseerde Pd12L24-nanokooi, afgeleid van dezelfde ligand-bouwsteen, siRNA af aan HeLa maar niet aan U2OS. Een dergelijke differentiatie kon niet worden waargenomen in experimenten waarbij een commercieel toegepast afgiftesysteem (lipofectamine) werd gebruikt. De M12L24-nanokooien introduceren dus de mogelijkheid om siRNA-afgiftekenmerken af ​​te stemmen door de samenstelling van de nanokooi af te stemmen.

In hun Chem paper beschouwen de onderzoekers dit unieke celselectiviteitskenmerk van de nanodeeltjes als een veelbelovende toevoeging op het gebied van gerichte levering van RNA-genmateriaal, waarvan het volledige potentieel nog moet worden ontdekt. Hoewel de huidige resultaten zijn verkregen in zeer gecontroleerd laboratoriumonderzoek, verwachten ze dat de afstembare RNA-afgifte van hun nanokooien toekomstige ontwikkelingen van zeer wenselijke selectieve RNA-nanomedicijnen zal voortbrengen.