De kracht van RNA-interferentie uitbreiden

RNA-interferentie (RNAi), een techniek die specifieke genen in levende cellen kan uitschakelen, biedt een groot potentieel voor de behandeling van vele ziekten die worden veroorzaakt door slecht werkende genen. Het was echter moeilijk voor wetenschappers om veilige en effectieve manieren te vinden om genblokkerend RNA aan de juiste doelen te leveren.

Tot nu toe hebben onderzoekers de beste resultaten behaald met RNAi gericht op leveraandoeningen, deels omdat het een natuurlijke bestemming is voor nanodeeltjes. Maar nu, in een studie die verschijnt in het nummer van Nature Nanotechnology van 11 mei, rapporteert een door MIT geleid team dat het tot nu toe de krachtigste RNAi-genuitschakeling heeft bereikt in niet-leverweefsels.

MIT-ingenieurs ontwierpen RNA-dragende nanodeeltjes (rood) die kunnen worden opgenomen door endotheelcellen (blauw gekleurd). Afbeelding met dank aan Aude Thiriot/Harvard.

Met behulp van nanodeeltjes die zijn ontworpen en gescreend op endotheliale afgifte van korte strengen RNA, siRNA genaamd, konden de onderzoekers RNAi richten op endotheelcellen, die de voeringen van de meeste organen vormen. Dit verhoogt de mogelijkheid om RNAi te gebruiken voor de behandeling van vele soorten ziekten, waaronder kanker en hart- en vaatziekten, zeggen de onderzoekers.

Er is steeds meer opwinding over de levering aan de lever in het bijzonder, maar om het brede potentieel van RNAi-therapieën te bereiken, is het belangrijk dat we ook andere delen van het lichaam kunnen bereiken, zegt Daniel Anderson, de Samuel A Goldblith Associate Professor of Chemical Engineering, een lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research en Institute for Medical Engineering and Science, en een van de senior auteurs van het artikel.

De andere senior auteur van het artikel is Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT en een lid van het Koch Institute. Hoofdauteurs zijn MIT-student James Dahlman en Carmen Barnes van Alnylam Pharmaceuticals.

Gerichte levering

RNAi is een natuurlijk voorkomend proces, ontdekt in 1998, dat cellen in staat stelt hun genetische expressie te controleren. Genetische informatie wordt normaal gesproken van het DNA in de kern naar ribosomen getransporteerd, cellulaire structuren waar eiwitten worden gemaakt. Korte strengen RNA, siRNA genaamd, binden aan het boodschapper-RNA dat deze genetische informatie draagt, waardoor het het ribosoom niet kan bereiken.

Anderson en Langer hebben eerder nanodeeltjes ontwikkeld, die nu in klinische ontwikkeling zijn, die siRNA kunnen leveren aan levercellen, hepatocyten genaamd, door de nucleïnezuren te coaten in vetachtige materialen die lipidoïden worden genoemd. Hepatocyten grijpen deze deeltjes vast omdat ze lijken op de vetdruppels die in het bloed circuleren nadat een vetrijke maaltijd is geconsumeerd.

De lever is een natuurlijke bestemming voor nanodeeltjes, zegt Anderson. Dat betekent niet dat het gemakkelijk is om RNA aan de lever af te geven, maar het betekent wel dat als je nanodeeltjes in het bloed injecteert, ze daar waarschijnlijk terechtkomen.

Wetenschappers hebben enig succes gehad met het afleveren van RNA aan niet-leverorganen, maar het MIT-team wilde een aanpak bedenken die RNAi zou kunnen bereiken met lagere doses RNA, wat de behandeling effectiever en veiliger zou kunnen maken.

De nieuwe MIT-deeltjes bestaan ​​uit drie of meer concentrische bollen gemaakt van korte ketens van een chemisch gemodificeerd polymeer. RNA is verpakt in elke bol en wordt vrijgegeven zodra de deeltjes een doelcel binnenkomen.

Gen-uitschakeling

Een belangrijk kenmerk van het MIT-systeem is dat de wetenschappers een bibliotheek met veel verschillende materialen konden creëren en snel hun potentieel als bezorgers konden evalueren. Ze testten zo'n 2.400 varianten van hun deeltjes in baarmoederhalskankercellen door te meten of ze een gen konden uitschakelen dat codeert voor een fluorescerend eiwit dat aan de cellen was toegevoegd. Vervolgens testten ze de meest veelbelovende daarvan in endotheelcellen om te zien of ze konden interfereren met een gen genaamd TIE2, dat bijna uitsluitend tot expressie wordt gebracht in endotheelcellen.

Met de best presterende deeltjes verminderden de onderzoekers de genexpressie met meer dan 50 procent, voor een dosis van slechts 0,20 milligram per kilogram oplossing - ongeveer een honderdste van de hoeveelheid die nodig is met bestaande endotheliale RNAi-afgiftevehikels. Ze toonden ook aan dat ze tot vijf genen tegelijk konden blokkeren door verschillende RNA-sequenties af te leveren.

De beste resultaten werden gezien in longendotheelcellen, maar de deeltjes leverden ook met succes RNA aan de nieren en het hart, naast andere organen. Hoewel de deeltjes endotheelcellen in de lever binnendringen, kwamen ze niet in leverhepatocyten.

Wat interessant is, is dat je door de chemie van het nanodeeltje te veranderen de afgifte aan verschillende delen van het lichaam kunt beïnvloeden, omdat de andere formuleringen waaraan we hebben gewerkt zeer krachtig zijn voor hepatocyten, maar niet zo krachtig voor endotheelweefsels, zegt Anderson.

Om het potentieel voor de behandeling van longziekte aan te tonen, gebruikten de onderzoekers de nanodeeltjes om twee genen te blokkeren die betrokken zijn bij longkanker - VEGF-receptor 1 en Dll4, die de groei van bloedvaten bevorderen die tumoren voeden. Door deze in longendotheelcellen te blokkeren, konden de onderzoekers de groei van longtumoren bij muizen vertragen en ook de verspreiding van uitgezaaide tumoren verminderen.

Masanori Aikawa, universitair hoofddocent geneeskunde aan de Harvard Medical School, beschrijft de nieuwe technologie als een monumentale bijdrage die onderzoekers zou moeten helpen bij het ontwikkelen van nieuwe behandelingen en om meer te weten te komen over ziekten van endotheelweefsel zoals atherosclerose en diabetische retinopathie, die blindheid kunnen veroorzaken.

Endotheelcellen spelen een zeer belangrijke rol in meerdere stappen van veel ziekten, van het begin tot het begin van klinische complicaties, zegt Aikawa, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam. Dit soort technologie geeft ons een extreem krachtig hulpmiddel dat ons kan helpen deze verwoestende vaatziekten te begrijpen.

De onderzoekers zijn van plan om aanvullende potentiële doelen te testen in de hoop dat deze deeltjes uiteindelijk kunnen worden ingezet voor de behandeling van kanker, atherosclerose en andere ziekten.

Wetenschappers van Alnylam Pharmaceuticals en Harvard Medical School droegen ook bij aan de studie, die werd gefinancierd door een National Defense Science and Engineering Fellowship, de National Science Foundation, MIT Presidential Fellowships, de National Institutes of Health, het Stop and Shop Pediatric Brain Tumor Fund, het Pediatric Brain Tumor Fund, de Deutsche Forschungsgemeinschaft, Alnylam en het Center for RNA Therapeutics and Biology.

zich verstoppen