_ Întrebări și răspunsuri: Inginerul care furnizează ARNm în celulele umane

Mesenger ARN a devenit un termen de uz casnic atunci când a fost folosit ca coloana vertebrală a primelor vaccinuri COVID-19, mai ales după ce Premiul Nobel a fost acordat celor doi pionieri ARNm de la Universitatea din Pennsylvania.

p>Dar moleculele genetice fragile ar fi inutile pentru vaccinuri și alte tratamente emergente dacă nu ar putea fi administrate în interiorul corpului.

Acolo intervine Michael J. Mitchell.

Un profesor asociat de bioinginerie la Penn, Mitchell este un expert în nanoparticule lipidice, picăturile minuscule și grase care sunt folosite pentru a transporta ARNm în interiorul celulelor umane.

Vaccinurile au folosit nanoparticule lipidice pentru a furniza ARNm celulelor imune din braţ. Acesta este doar începutul potențialelor aplicații în medicină. Mitchell modifică acum chimia acestor lipide pentru a oferi tratamente de ultimă oră împotriva cancerului și a altor boli organelor greu accesibile, cum ar fi plămânii și creierul.

Într-un interviu pentru The Inquirer, Mitchell a descris cum sunt făcute nanoparticulele, cum le proiectează pentru a ținti diferite organe și ce pași ia pentru a le îmbunătăți eficiența.

Această conversație a fost editată pentru lungime și claritate.

Ideea de a folosi lipide pentru a încapsula diferite tipuri de medicamente pentru livrare există de câteva decenii. În contextul furnizării ARNm, la începutul anilor 2000, descoperirea majoră a fost crearea a ceea ce este cunoscut sub numele de nanoparticule lipidice ionizabile [adică își schimbă sarcina electrică pentru a-și elibera încărcătura medicinală].

Parte din Motivul pentru care intră atât de bine în celule este că membranele celulare sunt făcute din lipide. Nanoparticulele lipidice (LNP) au afinitatea de a fuziona cu acele membrane.

Odată în interiorul celulei, ele sunt preluate de vasele celulare numite endozomi. pH-ul acestor endozomi este mai acid. Când LNP devine încărcat pozitiv din cauza mediului acid din acele compartimente, acele lipide acum încărcate pozitiv vor interacționa cu lipidele încărcate negativ din interior și, în esență, va perturba acea membrană, eliberând încărcătura de ARNm în interiorul celulei.

Este un dispozitiv în formă de Y pe un cip. Fluidul care curge printr-o parte a dispozitivului este un amestec de patru lipide dizolvate în etanol. Pe de altă parte este ARN-ul conținut într-un tampon acid citrat. Pe măsură ce cele două fluide se ciocnesc, ele trec printr-un proces cunoscut sub numele de amestecare haotică.

Din cauza naturii ionizabile a lipidelor, atunci când intră în contact cu tamponul acid, acele lipide se încarcă. Acest mecanism de încărcare leagă apoi ARN-ul de lipide.

Acest proces se numește auto-asamblare. Este aproape ca o ceapă care se formează.

Pe atunci eram în liceu. Din păcate, nu am fost acolo pentru asta.

Înainte de a ajunge la Penn, în 2018, am fost în laboratorul lui Bob Langer la MIT ca cercetător. Este unul dintre fondatorii Moderna. Este considerat un fel de părinte al domeniului livrării de medicamente.

Spuneți-mi despre studiul în care ați îmbunătățit eficiența LNP.

Se crede că doar 2% până la 5% din tot LNP-ul iese din endozomi în celulă pentru a traduce ARNm-ul terapeutic.

Am creat un nou LNP într-un mod care imită o navetă spațială. Vă puteți gândi la o navetă spațială care are amplificatoare de rachetă care se rup în timp. Aceste nanoparticule de lipide au lipide pe partea care aproape imită ceea ce se întâmplă în naveta spațială. Aceste lipide se pot degrada și se pot desprinde în timp.

Deoarece aceste cozi se degradează și cad, credem că ajută la perturbarea endozomilor pentru a elibera încărcătura de ARN în interiorul celulei mai eficient.

Pentru a-l testa, am hrănit șoarecii cu o dietă bogată în grăsimi, apoi le-am injectat acest LNP foarte puternic care poate induce secreția multor medicamente de slăbit. Au pierdut dramatic în greutate și au revenit la niveluri normale de greutate corporală.

Tehnologia ARN este acum destul de matură. Acum este o provocare de livrare.

Laboratorul meu are bioingineri, oameni de știință în materiale și chimiști care lucrează la asta.

Spune-mi despre acel studiu în care ai introdus ARNm în plămânii șoarecilor. .

Am vrut ceva care să aibă o sarcină pozitivă, care să determine particulele să călătorească în plămâni. Dar ne-am dorit ceva care să se degradeze. Dacă este tăiat în corp, ar fi sigur.

Am creat o bibliotecă de variații cu diferite lipide pentru a găsi un amestec de livrare puternică la plămâni, dar echilibrat cu toxicitate scăzută. Vrei să fie în siguranță.

Am etichetat diferitele tipuri de nanoparticule lipidice cu un cod de bare de ADN, astfel încât să le putem identifica folosind tehnologia de secvențiere de nouă generație. În esență, putem număra numărul de LNP livrate către anumite părți ale corpului utilizând acele coduri de bare.

Așa că am putea să ne dăm seama care dintre ele este cel mai bun din bazin. Putem repeta și evolua o tehnologie mai bună mult mai rapid.

Am început cu 180 de LNP. Le testezi mai întâi pe cele din celule, pentru că dacă ceva nu funcționează într-o celulă, nu merită testat pe un animal.

Am avut 96 care erau promițătoare, apoi, în cele din urmă, am identificat patru formulări foarte promițătoare. Pentru țintirea plămânilor, cel mai bun a fost cel numit CAD9, care înseamnă lipide degradabile cationice.

Nu a existat nicio livrare LNP către ficat. Doar mARN-ul a fost livrat în plămâni, ceea ce este uimitor.

În special pentru o aplicație de cancer, s-ar putea să nu doriți ca acele terapii să intre în organe sănătoase unde nu există tumoră. Acesta este foarte axat pe plămân.

Creierul este foarte provocator, deoarece trebuie să traversați bariera hemato-encefalică.

Doctoratul meu a fost practic capabil să creeze un model a barierei hematoencefalice pe un cip. Am dezvoltat un tip LNP care ar putea trece acea barieră pe cip.

Nu suntem încă la un punct terapeutic. Aceasta este doar o dovadă de concept chimică fundamentală. Dar credem că acesta este ceva de bazat din care este foarte interesant.

2024 The Philadelphia Inquirer, LLC. Distribuit de Tribune Content Agency, LLC.

(Fluierul)