Als je ooit een nieuwe iPhone hebt gekocht, je hebt een goede verpakking ervaren.

De manier waarop het deksel langzaam loskomt van de doos. Het treklipje waarmee u het apparaat kunt verwijderen. Zelfs de textuur van de papieren invoegingen is van belang voor Apple. Elk aspect van de iPhone-verpakking is zorgvuldig ontworpen voor een aangename esthetische ervaring.

Als het gaat om genoombewerking, een goede verpakking is nog belangrijker.

In een recent artikel in het tijdschrift Natuur , een team van bio-ingenieurs hier aan de Universiteit van Washington beschrijft een nieuw type verpakking dat is gebouwd om genetisch materiaal te beschermen, specifiek RNA. Deze designerverpakking bestaat uit eiwitten die zichzelf assembleren tot voetbalachtige nanostructuren die capsiden worden genoemd. Deze kleine deeltjes kapselen RNA in, waardoor het urenlang door de lichamen van muizen kan bewegen zonder te worden afgebroken, waardoor een van de grootste uitdagingen voor succesvolle genbewerking wordt omzeild.

Genetisch materiaal afleveren

Het verplaatsen van genetisch materiaal (DNA of RNA) door het lichaam - of het richten op specifieke organen en weefsels - is een belangrijke uitdaging bij het bewerken van het menselijk genoom. Naast technologie zoals CRISPR, die fysiek DNA snijdt, sommige potentieel levensreddende gentherapieën vereisen het inbrengen van nieuwe genetische elementen om als sjablonen voor reparatie te dienen. Maar deze genetische blauwdrukken worden geconfronteerd met gevaarlijke omstandigheden zodra ze het lichaam binnenkomen.

Omdat dodelijke infecties vaak beginnen wanneer ongewenst genetisch materiaal van een ziekteverwekker in onze cellen terechtkomt, ons lichaam heeft geavanceerde manieren ontwikkeld om snel vreemde DNA- en RNA-moleculen te detecteren en te vernietigen. Simpel gezegd:onbeschermd genetisch materiaal blijft niet lang hangen. In feite, CRISPR zelf is geëvolueerd in bacteriën om precies deze zoek-en-vernietigfunctie uit te voeren voordat het door wetenschappers werd gecoöpteerd als een hulpmiddel voor het bewerken van genen.

Biotechnologen kennen dit leveringsprobleem al geruime tijd. De meeste onderzoekers hebben gekozen voor wat misschien een verrassende oplossing lijkt:gemanipuleerde virussen.

Virussen bevatten hun eigen genetisch materiaal dat ze inbrengen of injecteren om een ​​cel te infecteren. Als virussen opnieuw kunnen worden ontworpen om in plaats daarvan door mensen gespecificeerd genetisch materiaal in de cellen van patiënten over te brengen zonder ze ook ziek te maken, het denken gaat, dan zouden ze misschien kunnen dienen als de fysieke verpakking voor nieuwe therapeutische stukjes DNA of RNA.

Het meest populaire virus voor het afleveren van moleculen in menselijke cellen op dit moment is het adeno-geassocieerde virus, of AAV. Dit virus is niet alleen een schat van laboratoriumonderzoek, de Food and Drug Administration staat op het punt een baanbrekende gentherapie goed te keuren die het toepast nadat recente klinische onderzoeken hebben aangetoond dat gemanipuleerde AAV's veilig kunnen helpen bij het herstellen van beperkt zicht voor blinden. Maar, experts merken op, dit goedaardige virus is geen perfecte oplossing voor het probleem van de genafgifte.

Een virusvrije oplossing

Het gebruik van een hergebruikt virus om een ​​aangepaste genetische lading te leveren, is een beetje zoals het gebruik van een hergebruikte doos om een ​​nieuwe iPhone te leveren. Het kan werken, maar het geeft misschien niet de beste resultaten. De goederen kunnen beschadigd of helemaal niet aankomen, en hergebruikte virussen kunnen ook het immuunsysteem ontsteken. Onderzoekers proberen nog steeds uit te vinden hoe ze kunnen worden aangepast zodat ze zich op een veilige en voorspelbare manier gedragen.

In plaats van te beginnen met een complex, moeilijk te wijzigen virus, mijn collega's hier bij het Institute for Protein Design begonnen hun werk met een relatief eenvoudig designer-eiwitcapside. Dit lege vat bevatte nog geen RNA.

Het team gebruikte computergestuurd eiwitontwerp en kunstmatige laboratoriumevolutie om een ​​geschikte inkapselingsstructuur te creëren. Ze waren in staat om één nanostructuur te produceren die RNA-blauwdrukken overspoelt met een snelheid die vergelijkbaar is met de best ontwikkelde AAV's.

Beginnen, ze wijzigden het binnenoppervlak van een door een computer ontworpen capside zodat RNA eraan kon blijven kleven. Hierin zat wat genetisch materiaal, maar bood het niet veel bescherming. Door deze versie van de capside in het laboratorium te muteren en de best presterende mutanten te selecteren, ze waren in staat om nieuwe versies aan te scherpen die nog meer RNA bevatten, beschermde het, en bleef bestaan ​​in muizenbloed (een vijandige omgeving voor vreemd RNA en eiwitten).

Met andere woorden, het team maakte gebruik van een van de favoriete strategieën van de natuur:evolutie.

"We waren verrast dat het zo goed werkte, om eerlijk te zijn, " zei Gabe Butterfield, een hoofdauteur van de studie. "Evolutie was in staat om een ​​klein aantal mutaties op te sporen die grote verbeteringen aanbrachten in complexe eigenschappen [zoals persistentie in muizenbloed]."

Op weg naar gentherapie

Marc Lajoie, een andere hoofdauteur, is optimistisch over de toekomst van deze designercapsiden, maar denkt dat ze "vrij ver weg" zijn van gebruik bij patiënten.

"We hebben zeker veel werk voor de boeg, " zei Lajoie. Maar met deze tweeledige benadering die het vermogen van virussen om te evolueren combineert met de capaciteiten van moderne biotech om synthetische nanomaterialen te ontwerpen, ze hebben hun langetermijnvisie gericht op technische moleculen die "diverse ladingen [variërend] van medicijnen met kleine moleculen tot nucleïnezuren tot eiwitten" in menselijke lichamen leveren.

Met smartphones, goed ontworpen verpakkingen spelen een ondersteunende esthetische rol. Maar als gentherapie in de 21e eeuw een vast onderdeel van de geneeskunde moet worden, innovatieve verpakkingen kunnen essentieel zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.