Boodschapper RNA, die cellen ertoe kan aanzetten om therapeutische eiwitten te produceren, houdt een grote belofte in voor de behandeling van een verscheidenheid aan ziekten. Het grootste obstakel voor deze aanpak tot nu toe is het vinden van veilige en efficiënte manieren om mRNA-moleculen aan de doelcellen af ​​te leveren.

In een voorschot dat zou kunnen leiden tot nieuwe behandelingen voor longziekte, MIT-onderzoekers hebben nu een inhaleerbare vorm van mRNA ontworpen. Deze aerosol kan rechtstreeks in de longen worden toegediend om ziekten zoals cystische fibrose, zeggen de onderzoekers.

"We denken dat het vermogen om mRNA via inademing af te geven ons in staat zou kunnen stellen om een ​​reeks verschillende longaandoeningen te behandelen, " zegt Daniël Anderson, een universitair hoofddocent bij de afdeling Chemische Technologie van het MIT, een lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research en Institute for Medical Engineering and Science (IMES), en de senior auteur van de studie.

De onderzoekers toonden aan dat ze longcellen bij muizen konden induceren om een ​​doeleiwit te produceren - in dit geval een bioluminescent eiwit. Als hetzelfde slagingspercentage kan worden bereikt met therapeutische eiwitten, die hoog genoeg kan zijn om veel longziekten te behandelen, zeggen de onderzoekers.

Asha Patel, een voormalig MIT-postdoc die nu een assistent-professor is aan het Imperial College London, is de hoofdauteur van het artikel, die verschijnt in het nummer van 4 januari van het tijdschrift Geavanceerde materialen . Andere auteurs van het artikel zijn James Kaczmarek en Kevin Kauffman, zowel recente MIT Ph.D. ontvangers; Suman Bos, een onderzoekswetenschapper aan het Koch Institute; Faryal Mir, een voormalig technisch assistent van het MIT; Michael Hartlijn, de technisch directeur van Translate Bio; Frank De Rosa, senior vice-president onderzoek en ontwikkeling bij Translate Bio; en Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT en een lid van het Koch Institute.

Behandeling door inademing

Messenger-RNA codeert voor genetische instructies die cellen stimuleren om specifieke eiwitten te produceren. Veel onderzoekers hebben gewerkt aan de ontwikkeling van mRNA voor de behandeling van genetische aandoeningen of kanker, door in wezen de eigen cellen van de patiënt in medicijnfabrieken te veranderen.

Omdat mRNA gemakkelijk in het lichaam kan worden afgebroken, het moet in een soort beschermende drager worden vervoerd. Het laboratorium van Anderson heeft eerder materialen ontworpen die mRNA en een ander type RNA-therapie, RNA-interferentie (RNAi) genaamd, aan de lever en andere organen kunnen leveren. en sommige hiervan worden verder ontwikkeld voor mogelijke testen bij patiënten.

In dit onderzoek, wilden de onderzoekers een inhaleerbare vorm van mRNA maken, waardoor de moleculen rechtstreeks in de longen kunnen worden afgeleverd. Veel bestaande medicijnen voor astma en andere longziekten zijn speciaal samengesteld zodat ze kunnen worden ingeademd via een inhalator, die poedervormige medicijndeeltjes spuit, of een vernevelaar, waardoor een aerosol vrijkomt die de medicatie bevat.

Het MIT-team ging op zoek naar een materiaal dat RNA zou kunnen stabiliseren tijdens het proces van aerosolafgifte. Sommige eerdere studies hebben een materiaal onderzocht dat polyethyleenimine (PEI) wordt genoemd voor het afleveren van inhaleerbaar DNA aan de longen. Echter, PEI breekt niet gemakkelijk af, dus met de herhaalde dosering die waarschijnlijk nodig zou zijn voor mRNA-therapieën, het polymeer kan zich ophopen en bijwerkingen veroorzaken.

Om deze mogelijke bijwerkingen te voorkomen, de onderzoekers wendden zich tot een soort positief geladen polymeren genaamd hypervertakte poly (bèta-amino-esters), die, in tegenstelling tot PEI, zijn biologisch afbreekbaar.

De deeltjes die het team heeft gemaakt, bestaan ​​uit bollen, ongeveer 150 nanometer in diameter, met een verward mengsel van de polymeer- en mRNA-moleculen die coderen voor luciferase, een bioluminescent eiwit. De onderzoekers hebben deze deeltjes in druppeltjes gesuspendeerd en als inhaleerbare nevel aan muizen afgeleverd, met behulp van een vernevelaar.

"Ademen wordt gebruikt als een eenvoudige maar effectieve toedieningsroute naar de longen. Zodra de aerosoldruppels zijn ingeademd, de nanodeeltjes in elke druppel komen de cellen binnen en instrueren deze om een ​​bepaald eiwit van mRNA te maken, ' zegt Patel.

De onderzoekers ontdekten dat 24 uur nadat de muizen het mRNA hadden ingeademd, longcellen produceerden het bioluminescente eiwit. De hoeveelheid eiwit nam in de loop van de tijd geleidelijk af naarmate het mRNA werd geklaard. De onderzoekers waren in staat om constante niveaus van het eiwit te behouden door de muizen herhaalde doses te geven, die nodig kunnen zijn indien aangepast voor de behandeling van chronische longziekte.

Brede distributie

Nadere analyse van de longen onthulde dat mRNA gelijkmatig over de vijf lobben van de longen was verdeeld en voornamelijk werd opgenomen door epitheliale longcellen, die de longoppervlakken bekleden. Deze cellen zijn betrokken bij cystische fibrose, evenals andere longziekten zoals het ademhalingsnoodsyndroom, die wordt veroorzaakt door een tekort aan oppervlakteactieve eiwitten. In haar nieuwe lab aan het Imperial College London, Patel is van plan om op mRNA gebaseerde therapieën verder te onderzoeken.

In dit onderzoek, de onderzoekers toonden ook aan dat de nanodeeltjes gevriesdroogd kunnen worden tot een poeder, wat suggereert dat het mogelijk is om ze via een inhalator toe te dienen in plaats van een vernevelaar, wat de medicatie voor patiënten handiger zou kunnen maken.