Omhulsels van griepvirussen kunnen de afgifte van mRNA in cellen verbeteren

Nano-ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben een nieuwe en potentieel effectievere manier ontwikkeld om boodschapper-RNA (mRNA) in cellen af ​​te leveren. Hun aanpak omvat het inpakken van mRNA in nanodeeltjes die het griepvirus nabootsen – een van nature efficiënt vehikel voor het afleveren van genetisch materiaal zoals RNA in cellen.

De nieuwe mRNA-afgifte-nanodeeltjes worden beschreven in een artikel dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Internationale editie van Angewandte Chemie.

Het werk richt zich op een grote uitdaging op het gebied van medicijnafgifte: grote biologische medicijnmoleculen veilig in cellen krijgen en ze beschermen tegen organellen die endosomen worden genoemd. Deze kleine met zuur gevulde bubbels in de cel dienen als barrières die grote moleculen die proberen binnen te komen, opsluiten en verteren. Om ervoor te zorgen dat biologische therapieën hun werk kunnen doen als ze eenmaal in de cel zijn, hebben ze een manier nodig om aan de endosomen te ontsnappen.

“De huidige mRNA-afgiftemethoden hebben geen erg effectieve endosomale ontsnappingsmechanismen, dus de hoeveelheid mRNA die daadwerkelijk in cellen wordt afgegeven en effect vertoont, is erg laag. De meeste van hen worden verspild wanneer ze worden toegediend”, zegt senior auteur Liangfang Zhang, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Het bereiken van een efficiënte endosomale ontsnapping zou een game changer zijn voor mRNA-vaccins en -therapieën, legde Zhang uit. “Als je meer mRNA in cellen kunt krijgen, betekent dit dat je een veel lagere dosis van een mRNA-vaccin kunt nemen, en dit zou de bijwerkingen kunnen verminderen terwijl je dezelfde werkzaamheid bereikt.” Het zou ook de afgifte van klein interfererend RNA (siRNA) in cellen kunnen verbeteren, dat wordt gebruikt in sommige vormen van gentherapie.

In de natuur kunnen virussen heel goed aan het endosoom ontsnappen. Het influenza A-virus heeft bijvoorbeeld een speciaal eiwit op zijn oppervlak, hemagglutinine genaamd, dat, wanneer het wordt geactiveerd door zuur in het endosoom, het virus ertoe aanzet zijn membraan te versmelten met het endosomale membraan. Dit opent het endosoom, waardoor het virus zijn genetisch materiaal in de gastheercel kan vrijgeven zonder vernietigd te worden.

Zhang en zijn team ontwikkelden mRNA-afgifte-nanodeeltjes die het vermogen van het griepvirus om dit te doen nabootsen. Om de nanodeeltjes te maken, hebben de onderzoekers genetisch gemanipuleerde cellen in het laboratorium om het hemagglutinine-eiwit op hun celmembranen tot expressie te brengen. Vervolgens scheidden ze de membranen van de cellen, braken ze in kleine stukjes en bedekten ze met nanodeeltjes gemaakt van een biologisch afbreekbaar polymeer dat voorverpakt is met daarin mRNA-moleculen.

Het eindproduct is een griepvirusachtig nanodeeltje dat in een cel kan komen, uit het endosoom kan breken en zijn mRNA-lading kan vrijmaken om zijn werk te doen: de cel instrueren om eiwitten te produceren.

De onderzoekers testten de nanodeeltjes in muizen. De nanodeeltjes waren verpakt met mRNA dat codeert voor een bioluminescerend eiwit genaamd Cypridina luciferase. Ze werden zowel via de neus toegediend – de muizen inhaleerden druppeltjes van een nanodeeltjesbevattende oplossing die bij de neusgaten werden aangebracht – als via een intraveneuze injectie. De onderzoekers beeldden de neuzen af ​​en analyseerden het bloed van de muizen en vonden een significante hoeveelheid bioluminescentiesignaal. Dit was het bewijs dat de griepvirusachtige nanodeeltjes hun mRNA-ladingen in vivo effectief in cellen afleverden.

De onderzoekers testen nu hun systeem voor de levering van therapeutische mRNA- en siRNA-payloads.