(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de nanotechnologie weten al jaren dat RNA, de neef van DNA, is een veelbelovend hulpmiddel voor nanotherapie, waarin therapeutische middelen via nanodeeltjes in het lichaam kunnen worden afgeleverd. Maar de moeilijkheden bij het produceren van duurzame, therapeutisch RNA dat stabiel en niet-toxisch blijft bij het binnendringen van gerichte cellen, heeft hun vooruitgang op de proef gesteld.

In twee nieuwe publicaties in het tijdschrift Moleculaire therapie , Universiteit van Cincinnati (UC) hoogleraar biomedische technologie Peixuan Guo, doctoraat, beschrijft succesvolle methoden voor het produceren van grote RNA-nanodeeltjes en het testen van hun veiligheid bij de levering van therapieën aan gerichte cellen.

De artikelen, vooraf online publicatie, vertegenwoordigen "twee zeer belangrijke mijlpalen in RNA-nanotherapie, ' zegt Guo.

"Een probleem bij RNA-therapie is de vereiste voor het genereren van relatief grote hoeveelheden RNA, ' zegt hij. "Bij dit onderzoek we hebben ons gericht op het oplossen van het meest uitdagende probleem van de productie van grote RNA-moleculen op industriële schaal door een tweeledige benadering, vinden dat pRNA kan worden samengesteld uit twee stukken kleinere RNA-modules."

Guo, Dane en Mary Louise Miller bijzonder leerstoel biomedische technologie, is directeur van het National Cancer Institute (NCI) Alliance for Nanotechnology in Cancer Platform Partnership Program bij UC. Hij heeft zijn onderzoek decennialang gericht op RNA, baanbrekend gebruik als veelzijdige bouwsteen voor nanotechnologie, of voor de engineering van functionele systemen op moleculaire schaal. In 1987, hij ontdekte een verpakkings-RNA (pRNA) in het bacteriofaag phi29-virus dat een motor kan aansturen om DNA in de virale eiwitschil te verpakken. In 1998, zijn lab ontdekte dat pRNA zichzelf kan assembleren of kan worden gemanipuleerd tot nanodeeltjes om de motor aan te sturen.

In zijn meest recente onderzoek Guo en collega's beschrijven meerdere benaderingen voor de constructie van een functioneel pRNA-molecuul met 117 basen dat klein interfererend RNA (siRNA) bevat. Van siRNA is al aangetoond dat het een efficiënt hulpmiddel is om genen in cellen tot zwijgen te brengen, maar eerdere pogingen hebben chemisch gemodificeerd siRNA geproduceerd dat slechts 15-45 minuten in het lichaam blijft en vaak ongewenste immuunreacties induceert.

"De pRNA-deeltjes die we hebben geconstrueerd om siRNA te herbergen, hebben een halfwaardetijd van vijf tot tien uur in diermodellen, zijn niet-toxisch en produceren geen immuunrespons, ', zegt Guo. "De tienvoudige toename van de circulatietijd in het lichaam is belangrijk bij de ontwikkeling van geneesmiddelen en effent de weg naar klinische proeven met RNA-nanodeeltjes als therapeutische geneesmiddelen."

Guo zegt dat de grootte van het geconstrueerde pRNA-molecuul cruciaal is voor de effectieve afgifte van therapieën aan zieke weefsels.

"RNA-nanodeeltjes moeten binnen het bereik van 15 tot 50 nanometer liggen, "zegt hij, "groot genoeg om door het lichaam te worden vastgehouden en niet willekeurig cellen binnen te gaan, toxiciteit veroorzaken, maar klein genoeg om de beoogde cellen binnen te gaan met behulp van celoppervlakte-ontvangsten.

In de krant, "Assemblage van therapeutische pRNA-siRNA-nanodeeltjes met behulp van een tweedelige benadering, Guo en zijn collega's gebruikten twee synthetische RNA-fragmenten om het 117-base pRNA te maken, die in staat was om verder te assembleren met andere pRNA-moleculen en te functioneren in de bacteriofaag phi29 virale motor om DNA te verpakken.

"De tweedelige benadering in pRNA-synthese overwon uitdagingen van groottebeperkingen bij chemische synthese van RNA-nanodeeltjes, ’ schreef Guo. "De resulterende nanodeeltjes waren bekwaam in het afleveren en vrijgeven van therapieën aan cellen en het tot zwijgen brengen van de genen erin. Het vermogen om deze nanodeeltjes chemisch te synthetiseren zorgt voor verdere chemische modificatie van RNA voor stabiliteit en specifieke targeting."

De tweede publicatie, "Farmacologische karakterisering van chemisch gesynthetiseerde monomere phi29 pRNA-nanodeeltjes voor systemische levering, ” bouwt voort op dat onderzoek, wat aantoont dat gemodificeerde driedimensionale pRNA-nanodeeltjes gemakkelijk konden worden vervaardigd via de tweedelige benadering. De gemodificeerde nanodeeltjes waren resistent tegen veel voorkomende enzymen die RNA kunnen aanvallen en afbreken en bleven chemisch en metabolisch stabiel.

Verder, wanneer afgeleverd aan doelcellen in een diermodel, de nanodeeltjes waren niet-toxisch en wekten geen immuunrespons op, waardoor de nanodeeltjes in vivo aan kankercellen kunnen binden.

Eerdere studies hebben therapeutisch siRNA ingekapseld in een polymeercoating of liposoom voor levering aan cellen.

"Voor zover we weten, dit zijn de eerste naakte RNA-nanodeeltjes die uitgebreid farmacologisch in vivo zijn onderzocht en waarvan is aangetoond dat ze veilig zijn, en zichzelf afleveren aan tumorweefsels door een specifiek targetingmechanisme, ' zegt hij. "Het suggereert dat de pRNA-nanodeeltjes zonder coating alle farmacologische kenmerken hebben die de voorkeur hebben om te dienen als een efficiënt nanoafgifteplatform voor brede medische toepassingen."