Nanomachines geladen met wijningrediënten overwinnen uitdagingen op gentherapie

Onderzoekers hebben voor het eerst in de wereld aangetoond dat ze muizen gebruiken, het vermogen om belangrijke uitdagingen in gentherapie te overwinnen met behulp van adeno-geassocieerde virusvectoren (AAV), met name “productie van neutraliserende antilichamen” en “hepatotoxiciteit” door een nieuwe smart te gebruiken Nanomachine uitgerust met AAV.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het dagboek ACS nano.

De co-first auteurs van de krant zijn universitair docent Yuto Honda van het Laboratory for Chemistry and Life Science van het Institute of Science Tokyo. Dr. Hiroaki Kino, een hoofdonderzoekswetenschapper bij Iconm, en prof. Nishiyama worden vermeld als overeenkomstige auteurs naast Prof. Honda, terwijl andere onderzoekers van Iconm worden erkend als co-auteurs.

Het onderzoeksteam ontwierp een nanomachine uitgerust met adeno-geassocieerde virusvectoren (AAV) door looierszuur te combineren, een component in wijn en thee, met een precisie-gesynthetiseerd polymeer gemaakt van fenylboronzuur. Met behulp van deze benadering overwon ze met succes de uitdagingen van “verminderde efficiëntie van genoverdracht als gevolg van neutraliserende antilichamen” en “hepatotoxiciteit als gevolg van accumulatie in de lever” in muizen voor het eerst in de wereld.

AAV’s worden klinisch toegepast als gentherapievectoren, maar het is bekend dat patiënten met neutraliserende antilichamen tegen AAV niet voldoende gegenoverdrachtsefficiëntie bereiken, waardoor de behandelbare patiëntenpopulatie en de mogelijkheid van meerdere administraties worden beperkt. Het onderzoeksteam concentreerde zich op het eigendom van looizuur, een natuurlijke component die in wijn en andere bronnen wordt gevonden, om zich gemakkelijk te houden aan biomoleculen.

Door het te combineren met een precisie-gesynthetiseerd polymeer gemaakt van fenylboronzuur, ontwikkelden ze een nieuwe met AAV uitgeruste nanomachine.

Deze met AAV uitgeruste nanomachine vertoonde voldoende genoverdrachtactiviteit, zelfs in aanwezigheid van AAV-neutraliserende antilichamen en bleek ook de toename van levertoxiciteitsmarkers te onderdrukken die door AAV9 worden veroorzaakt door AAV-accumulatie in de lever te remmen.

Bovendien vertoonde deze nanomachine de efficiëntie van genoverdracht naar het centrale zenuwstelsel vergelijkbaar met dat van AAV alleen, hetgeen het potentieel voor significante gentherapie -effecten aangeeft.

De bevindingen uit dit onderzoek zullen naar verwachting worden toegepast als een nieuwe therapeutische benadering van virale vectorbehandelingen, die momenteel worden beperkt door het neutraliseren van antilichamen.

Om neutraliserende antilichamen van AAV te ontwijken, ontwikkelde de onderzoeksgroep een met AAV uitgeruste nanomachine door looierszuur te combineren met precisie-gesynthetiseerde polymeren.

Loosterzuur, een type polyfenol dat overvloedig wordt aangetroffen in wijn en thee, interageert met biomoleculen zoals eiwitten en virale vectoren door hydrofobe interacties en waterstofbinding, die complexen vormt. Bovendien is looizuur een natuurlijk ingrediënt dat de aandacht heeft gekregen als materiaal voor farmaceutische producten vanwege de uitstekende biologische afbreekbaarheid en biocompatibiliteit.

Focus op deze uitstekende eigenschappen van looizuur, hebben Honda en collega’s eerder gerapporteerd over een biomolecuulafgifte nanomachine die looizuur combineert met een precisie-gesynthetiseerd polymeer dat fenylboronzuur bevat dat esters vormt met slikszuur.

Deze nanomachine kan gemakkelijk worden gevormd door eenvoudig de gewenste moleculen te mengen met looizuur en het precisie-gesynthetiseerde polymeer in water, en het kan de geladen moleculen afgeven bij de zure pH die in cellen worden gevonden, wat voldoende activiteit vertoont.

De onderzoeksgroep wilde AAV in deze nanomachine laden om de uitdagingen in de therapie aan te pakken (neutraliserende antilichamen, hepatotoxiciteit) zonder de activiteit van de AAV in gevaar te brengen. Wanneer AAV -serotype 9 (AAV9) systemisch werd toegediend aan muizen met AAV -neutraliserende antilichamen, daalde de efficiëntie van de genoverdracht in de hersenen en lever tot 5-15%.

Door AAV9 in de nanomachine te laden, nam de efficiëntie van genoverdracht in de hersenen en de lever bij systemische toediening echter toe tot ongeveer 50-60%, wat het verlies van activiteit in vergelijking met AAV9 alleen maar vermindert. Bovendien beperkte deze nanomachine met succes de impact op de lever tot minder dan 10%, waardoor de hepatotoxiciteit geassocieerd met hoge dosis AAV9-toediening effectief wordt onderdrukt.

Op deze manier overwint de nanomachine niet alleen de uitdagingen van gentherapievirussen, maar toont het ook de efficiëntie van genoverdracht in de hersenen die vergelijkbaar zijn met die van AAV9 alleen, waarbij de problemen worden aangepakt door conventionele afleveringsdragers die AAV -activiteit verminderen, en dus substantiële gentherapie -effecten worden verwacht.

Bovendien heeft het onderzoek met succes de selectiviteit van genoverdracht naar de hersenen met zesvoudig verbeterd door microbellen te combineren met gerichte ultrasone bestraling.