mRNA ali sporočilna RNA je vrsta molekule, ki prenaša genetske informacije od DNK do-celičnega mehanizma za izdelavo beljakovin. Z dostavo mRNA v celice jim lahko damo navodila, naj proizvedejo katero koli beljakovino, ki jo želimo, kot so protitelesa, encimi, hormoni ali cepiva. To odpira nov svet možnosti za zdravljenje različnih bolezni, od nalezljivih bolezni do raka.
V tem članku vam bomo predstavili osnove terapije z mRNA, vključno s tem, kako deluje, kako je izdelana, kako se izvaja in kako se uporablja. Delili bomo tudi nekaj najnovejših dosežkov in izzivov na tem razburljivem področju biotehnologije.
Kako deluje terapija z mRNA?
Terapija z mRNA deluje tako, da se sintetične molekule mRNA vnesejo v celice, kjer se prevedejo v funkcionalne proteine. Glede na vrsto in namen proteina ima lahko terapija z mRNA različne učinke. Na primer:
Cepiva mRNA lahko sprožijo imunski odziv proti specifičnemu patogenu, kot je novi koronavirus, ki povzroča COVID-19. Z dostavo mRNA, ki kodira virusno beljakovino, kot je spike protein, lahko spodbudimo proizvodnjo protiteles in celic T, ki lahko prepoznajo in odstranijo virus.
Protitelesa mRNA lahko zagotovijo pasivno imunost proti bolezni, kot sta steklina ali HIV. Z dostavo mRNA, ki kodira monoklonsko protitelo, lahko zagotovimo takojšnjo zaščito pred specifičnim antigenom, ne da bi se zanašali na lastni imunski sistem telesa.
Zamenjava proteina mRNA lahko obnovi delovanje manjkajočega ali okvarjenega proteina, kot je faktor VIII pri hemofiliji ali distrofin pri mišični distrofiji. Z dostavo mRNA, ki kodira normalno različico proteina, lahko popravimo osnovni vzrok bolezni in izboljšamo simptome.
Urejanje genov mRNA lahko spremeni genom celice, na primer popravi mutacijo ali vstavi nov gen. Z dostavo mRNA, ki kodira programabilne nukleaze, kot je CRISPR/Cas9, lahko ciljamo in urejamo specifične sekvence DNK z visoko natančnostjo in učinkovitostjo.
Kako nastane mRNA?
mRNA nastane s postopkom, imenovanim in vitro transkripcija (IVT), ki uporablja predlogo DNA in encim polimerazo RNA za sintezo molekul RNA. Predloga DNA vsebuje promotorsko sekvenco in kodirno sekvenco želenega proteina. RNK polimeraza se veže na promotor in prepiše DNK v RNK.
Da bi zagotovili, da je sintetična mRNA funkcionalna in stabilna v celicah, se med IVT ali po njej izvede več modifikacij. Ti vključujejo:
Omejevanje: dodajanje modificiranega nukleotida na 5' konec mRNA, da jo zaščitimo pred razgradnjo in povečamo njeno učinkovitost prevajanja. Obstajajo različne vrste pokrovčkov, kot so Cap 0, Cap 1 in Cap 2, ki se razlikujejo po stopnjah metilacije.
Poliadenilacija: dodajanje niza adenin nukleotidov na 3' konec mRNA za povečanje njene stabilnosti in razpolovne -dobe. Dolžina poli(A) repa se lahko spreminja od 10 do 250 nukleotidov.
Optimizacija: prilagajanje strukturnih komponent mRNA, kot je 5' neprevedena regija (UTR), 3' UTR in odprti bralni okvir (ORF), za izboljšanje njene ravni izražanja in aktivnosti. To lahko vključuje optimizacijo uporabe kodona, uvedbo funkcionalnih peptidov ali signalnih zaporedij ali dodajanje samo-elementov za pomnoževanje.
Modifikacija: spreminjanje kemijske strukture nekaterih nukleotidov v mRNA, da se zmanjša njena imunogenost in poveča njena stabilnost. To lahko vključuje zamenjavo uridina s psevdouridinom ali N1-metilpsevdouridinom ali dodajanje metilnih skupin na druge položaje.
Kako se dostavi mRNA?
Dostava mRNA je eden največjih izzivov pri terapiji z mRNA, saj so molekule mRNA velike, negativno nabite in nagnjene k razgradnji z encimi v bioloških tekočinah. Zato so razvite različne vrste nosilcev za zaščito in transport mRNA v celice. Ti vključujejo:
Lipidni nanodelci (LNP): sferični delci, sestavljeni iz lipidov, ki tvorijo dvosloj okoli molekul mRNA. LNP se lahko zlijejo s celičnimi membranami in sprostijo mRNA v citoplazmo. LNP se pogosto uporabljajo za dostavo mRNA zaradi svoje visoke učinkovitosti in biokompatibilnosti. Nekateri primeri LNP so kationski trdni lipidni nanodelci (SLN), ionizirajoči lipidni nanodelci (ILN) in imunostimulacijski lipidni nanodelci (ISLN).
Polimerni nanodelci (PNP): sferični delci, sestavljeni iz polimerov, ki tvorijo jedro-oklepno strukturo okoli molekul mRNA. PNP lahko vstopijo v celice z endocitozo in pobegnejo iz lizosomov z učinkom protonske gobe ali encimsko razgradnjo. PNP so vsestranski in prilagodljivi za različne aplikacije. Nekateri primeri PNP so polietilenimin (PEI), poli(mlečna-ko-glikolna kislina) (PLGA) in hitozan.
Kationske nanoemulzije (CNE): kapljice olja-v-vodni emulziji, ki vsebujejo kationske lipide in površinsko aktivne snovi. CNE lahko komunicirajo s celičnimi membranami in dostavijo mRNA v citoplazmo. CNE je enostavno pripraviti in razširiti ter lahko povečajo imunogenost mRNA cepiv. Nekateri primeri CNE so DOTAP/DOPE, DOTAP/holesterol in DOTAP/MCT.
Drugi sistemi za dostavo mRNA: nekatere druge vrste nosilcev, ki so bili raziskani za dostavo mRNA, so protamin-kondenzirana mRNA, eksosomi, zunajcelični vezikli (EV), mezoporozni silicijev dioksid in kalcijev fosfat (CaP).
Kakšne so aplikacije mRNA terapije?
Terapija z mRNA ima potencial za zdravljenje številnih bolezni, od nalezljivih bolezni do presnovnih motenj, od raka do kardiovaskularnih bolezni in od genetskih bolezni do regenerativne medicine. Nekatere od trenutnih in nastajajočih aplikacij mRNA terapije so:
Cepiva mRNA: cepiva mRNA lahko sprožijo močan in specifičen imunski odziv proti različnim patogenom, kot so SARS-CoV-2, virus influence, HIV, respiratorni sincicijski virus (RSV), virus herpes simpleks (HSV), virus varicella zoster (VZV), humani citomegalovirus (HCMV), virus stekline in virus denge. Cepiva mRNA imajo več prednosti pred tradicionalnimi cepivi, kot so hiter razvoj, nizki stroški, visoka varnost in enostavna nadgradljivost.
Protitelesa mRNA: protitelesa mRNA lahko zagotovijo pasivno imunost proti različnim boleznim, kot so steklina, HIV, ebola, Zika, antraks in COVID-19. Protitelesa mRNA imajo več prednosti pred običajnimi protitelesi, kot so dolgotrajno izražanje, nizka imunogenost, visoka stabilnost in enostavno dajanje.
Zamenjava proteina mRNA: nadomestitev proteina mRNA lahko obnovi delovanje manjkajočega ali okvarjenega proteina pri različnih boleznih, kot so hemofilija, mišična distrofija, cistična fibroza, fenilketonurija, Fabryjeva bolezen, Gaucherjeva bolezen in Parkinsonova bolezen. Nadomestna beljakovina mRNA ima več prednosti pred terapijo z beljakovinami, kot so izogibanje imunogenosti, izboljšanje biološke uporabnosti ter zmanjšanje odmerjanja in pogostosti.
Urejanje genov mRNA: Urejanje genov mRNA lahko spremeni genom celice pri različnih boleznih, kot so anemija srpastih celic, beta-talasemija, Huntingtonova bolezen, Duchennova mišična distrofija in cistična fibroza. Urejanje genov mRNA ima več prednosti pred gensko terapijo, ki temelji na DNK-, na primer izogibanje integraciji v gostiteljski genom, zmanjšanje ne-ciljnih učinkov ter povečanje specifičnosti in učinkovitosti.
Celična terapija mRNA: celična terapija mRNA lahko vpliva na delovanje celice pri različnih boleznih, kot so rak, avtoimunske bolezni, sladkorna bolezen in bolezni srca in ožilja. Celična terapija z mRNA ima številne prednosti pred konvencionalno celično terapijo, kot so izogibanje virusnim vektorjem, izboljšanje varnosti in vsestranskosti ter olajšanje proizvodnje in nadzora kakovosti.
Kakšni so izzivi in priložnosti zdravljenja z mRNA?
Terapija z mRNA je obetavno in nastajajoče področje biotehnologije, ki je pokazalo velik potencial pri zdravljenju različnih bolezni. Vendar pa je še vedno nekaj izzivov in omejitev, ki jih je treba premagati, preden se lahko široko uporablja v klinični praksi. Ti vključujejo:
-Izboljšanje stabilnosti in učinkovitosti dostave molekul mRNA in vivo
-Zmanjšanje imunogenosti in toksičnosti molekul in nosilcev mRNA
-Optimizacija ravni izražanja in trajanja proteinov, kodiranih z mRNA-
-Razvoj standardiziranih protokolov in ukrepov za nadzor kakovosti za proizvodnjo mRNA
-Ocenjevanje dolgoročne-varnosti in učinkovitosti zdravljenja z mRNA pri ljudeh
-Kljub tem izzivom obstaja tudi veliko priložnosti in prednosti, zaradi katerih je zdravljenje z mRNA privlačna možnost za medicino prihodnosti. Ti vključujejo:
-Izkoriščanje prilagodljivosti in raznolikosti oblikovanja in sinteze mRNA
-Izkoriščanje inherentne imunogenosti in adjuvantičnosti molekul mRNA
-Izkoriščanje prehodnega izražanja in reverzibilnosti mRNA{1}}kodiranih proteinov
-Raziskovanje sinergijskih učinkov kombiniranja terapije z mRNA z drugimi načini
-Pospeševanje razvoja in postopka odobritve izdelkov mRNA
Prisys Biotechnology, podjetje, ki je specializirano zaraziskave ne{0}}človeških primatov (NHP).in storitve za predklinični razvoj zdravil. Terapija mRNA, vrsta molekule, ki lahko celicam ukaže, naj proizvedejo katero koli beljakovino, ki jo želimo, kot so protitelesa, encimi, hormoni ali cepiva. Cynomolgus macaques, vrsta NHP, ki ima veliko podobnosti s človekom v smislu anatomije, fiziologije, imunologije in genetike. Biotehnologija Prisys v raziskavah in razvoju zdravil mRNA ter modelih NHP, kot sledi:
Prisys Biotechnology ima integrirano platformo virov NHP, modelov bolezni in kliničnih bolnišnic za zagotavljanje rešitev za različna področja bolezni, kot so imunologija, vnetja, bolezni srca in ožilja, hematologija, jetra, ledvice, pljuča in onkologija.
Prisys Biotechnology ponuja kooperativne razvojne možnosti za sodelovanje pri raziskavah in razvoju ter inovativne tehnologije, kot je 3D-{0}}sistem kvantifikacije vedenja v NHP, ki temelji na globokem učenju.
Prisys Biotechnology kot živalski model za zdravljenje z mRNA uporablja makake Cynomolgus, ki so bolj zanesljivi in ustrezni kot drugi živalski modeli, kot so miši ali podgane.
Prisys Biotechnology lahko testira potencial in izvedljivost mRNA terapije za različne bolezni z merjenjem električnega upora, magnetnih lastnosti, farmakokinetike, toksičnosti, imunogenosti in učinkovitosti mRNA molekul in nosilcev v NHP.
