Een nieuw screeningproces zou de identificatie van nanodeeltjes die geschikt zijn voor het afleveren van therapeutisch RNA in levende cellen drastisch kunnen versnellen. De techniek zou onderzoekers in staat stellen om honderden nanodeeltjes tegelijk te screenen, het identificeren van de organen waarin ze zich ophopen - en verifiëren dat ze met succes een RNA-lading in levende cellen kunnen afleveren.

Gebaseerd op werk dat bekend staat als "DNA-barcoding, " de techniek voegt unieke DNA-fragmenten in maar liefst 150 verschillende nanodeeltjes in voor gelijktijdige testen. De nanodeeltjes worden vervolgens in diermodellen geïnjecteerd en mogen naar organen zoals de lever reizen, milt of longen. Genetische sequencing-technieken identificeren vervolgens welke DNA-gelabelde nanodeeltjes specifieke organen hebben bereikt.

In een paper gepubliceerd op 1 oktober in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences , een onderzoeksteam beschrijft dat het proces een stap verder gaat om te verifiëren dat de nanodeeltjes de cellen van de specifieke organen zijn binnengekomen. Naast de DNA-barcode, de onderzoekers plaatsten in elk nanodeeltje een stukje mRNA dat wordt omgezet in een eiwit dat bekend staat als 'Cre'. Het Cre-eiwit genereert een rode gloed, het identificeren van cellen die de nanodeeltjes zijn binnengekomen en met succes het mRNA-medicijn hebben afgeleverd, waardoor de onderzoekers kunnen identificeren welke nanodeeltjes RNA-medicijnen kunnen afleveren aan de cellen van de specifieke organen.

"Deze techniek, bekend als Fast Indication of Nanoparticle Discovery (FIND), ons in staat zal stellen de juiste vervoerder veel sneller en goedkoper te identificeren dan we in het verleden hebben kunnen doen, " zei James E. Dahlman, assistent-professor aan de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory University. "Als resultaat, de kans dat we dragers voor specifieke weefsels kunnen vinden, zou drastisch moeten toenemen."

De FIND-techniek zou in vitro screening vervangen, die beperkt succes heeft bij het identificeren van nanodeeltjesdragers voor de genetische therapieën. Het onderzoek werd ondersteund door financiering van de National Institutes of Health, en van de Cystic Fibrosis Research Foundation, de Parkinson's Disease Foundation en het Bayer Hemofilie Awards-programma.

Therapieën op basis van RNA en DNA kunnen een breed scala aan genetisch gebaseerde ziekten aanpakken, inclusief atherosclerose, waar dergelijke therapieën de opbouw van plaque in slagaders kunnen omkeren. Nanodeeltjes die worden gebruikt om RNA en DNA in cellen af ​​te leveren, zijn gemaakt van verschillende ingrediënten waarvan de niveaus kunnen worden gevarieerd, waardoor het potentieel voor tienduizenden verschillende nanodeeltjes ontstaat. Het vinden van de juiste combinatie van deze ingrediënten om zich op specifieke cellen te richten, vereiste uitgebreide trial-and-error-ontdekkingsprocessen die het gebruik van RNA- en DNA-therapieën hebben beperkt.

Door gebruik te maken van het DNA-barcoderingsproces kunnen honderden mogelijke combinaties van nanodeeltjes tegelijkertijd worden getest in een enkel dier, maar tot nu toe, onderzoekers konden alleen vertellen dat de combinatie specifieke organen had bereikt. Door te onderzoeken welke cellen in de organen de rode gloed hebben, ze kunnen nu verifiëren dat de nanodeeltjes de streepjescodes droegen en functionele mRNA-medicijnen in de cellen afleverden.

In de krant, de onderzoekers melden dat ze twee nanodeeltjes hebben ontdekt die efficiënt siRNA afleveren, sgRNA en mRNA naar endotheelcellen in de milt. De onderzoekers geloven dat hun techniek therapeutisch RNA en DNA kan leveren aan een breed scala aan endotheelceltypes, en misschien ook voor het immuunsysteem en andere celtypen.

"Het veld is in staat geweest om functionele genetische medicijnen aan de lever te leveren, en we proberen nu onze technologie te gebruiken om aan verschillende organen en celtypes te leveren om therapieën mogelijk te maken om alle celtypes in de lever te behandelen, " zei Cory Sago, de eerste auteur van het papier en een Ph.D. kandidaat in Dahlmans lab. "Nu we een systeem hebben waarmee we deze vragen op een heel specifiek oplossingsniveau kunnen onderzoeken, we willen nu op een efficiëntere manier andere celtypes aanpakken."

Dahlman verwacht de nieuwe technologie snel in gebruik te kunnen nemen.

"We hopen projecten op te pakken die normaal jaren nodig zouden hebben en een aantal ervan binnen de komende 12 maanden af ​​te ronden, " zei hij. "FIND zou kunnen worden gebruikt om allerlei nucleïnezuurgeneesmiddelen in cellen te vervoeren. Dat kunnen kleine RNA's zijn, grote RNA's, kleine DNA's en grote DNA's - veel verschillende soorten genetische medicijnen die nu worden ontwikkeld in onderzoekslaboratoria."

Technische uitdagingen die voor ons liggen, zijn onder meer aantonen dat het identificeren van een affiniteit voor muisorganen voorspelt welke deeltjes in het menselijk lichaam zullen werken, en dat de aanpak werkt voor verschillende klassen van genetische therapieën.

Experimenteel, Het laboratorium van Dahlman produceert de nanodeeltjes in drie formuleringsstations die ongeveer 90 seconden nodig hebben om elk van de ongeveer 250 gebruikte monsters te produceren. De resulterende nanodeeltjes worden vervolgens onderzocht op het juiste groottebereik - 40 tot 80 nanometer in diameter - voordat ze worden gezuiverd en gesteriliseerd voor injectie in de dieren.

Na drie dagen, de onderzoekers scheiden cellen die gloeiend rood zijn en rangschikken de DNA-fragmenten erin om te identificeren welke chemische samenstellingen het meest succesvol waren in het binnendringen van cellen van specifieke organen. De meest veelbelovende chemische samenstellingen worden gebruikt om een ​​nieuwe batch kandidaat-nanodeeltjes te ontwikkelen voor een nieuwe screeningronde, die ongeveer een week in beslag neemt.

"We willen de beste deeltjes ontwikkelen die we kunnen, " zei Sago. "Elk van de componenten is belangrijk, en we werken eraan om elk onderdeel goed te krijgen voor het celtype waarin we geïnteresseerd zijn. Er is veel optimalisatie vereist."