Νανοσωματίδια μεταφέρουν mRNA στοχευμένα σε διαφορετικούς ιστούς του οργανισμού

Έναν πρωτοποριακό τρόπο για μεταφέρουν με μεγάλη αποτελεσματικότητα αγγελιαφόρα RNA (mRNA) βρήκαν επιστήμονες από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (MIT) της Αμερικής και το Πολυτεχνείο του Μιλάνου της Ιταλίας, ανοίγοντας καινούριους δρόμους για τη στοχευμένη μεταφορά ουσιών με θεραπευτική δράση σε κύτταρα διαφόρων ιστών.

Στη δημοσίευση που έγινε πριν από λίγες μέρες στην επιστημονική επιθεώρηση Advanced Materials, οι επιστήμονες παρουσίασαν καινούρια πολυμερή, αποτελούμενα από αμινοπολυεστέρες, τα οποία μπορούν να οδηγήσουν με αποτελεσματικότητα mRNA στο εσωτερικό των κυττάρων. Στους οργανισμούς, το mRNA μεταφέρει τη γενετική πληροφορία από το DNA στα ριβοσώματα του κυττάρου, όπου και συντίθενται οι πρωτεΐνες. Καταφέρνοντας να διοχετεύσουν mRNA στα κύτταρα, οι επιστήμονες ευελπιστούν πως θα μπορέσουν να επάγουν την παραγωγή ελεγχόμενης ποσότητας θεραπευτικών ουσιών στα κύτταρα, ή ακόμη να επάγουν τη σύνθεση πρωτεϊνών που θα μπορούν να παρέμβουν στο γενετικό υλικό των κυττάρων (μέσω της τεχνολογίας CRISPR/Cas9) και μετά θα αποδομούνται.

Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες είχαν καταφέρει με επιτυχία να μεταφέρουν μικρού μεγέθους mRNA (7-14kDa) στα κύτταρα, όμως τα μεγαλύτερου μεγέθους mRNA (600-1000kDa) ήταν δύσκολο να μεταφερθούν στο εσωτερικό των κυττάρων. Τα καινούρια σωματίδια από αμινοπολυεστέρες έχουν το πλεονέκτημα, σε σχέση με προηγούμενα πολυμερή μεταφοράς mRNA, πως είναι πλήρως αποικοδομήσιμα από τον οργανισμό χωρίς να αφήνουν συστατικά η συσσώρευση των οποίων στα κύτταρα θα μπορούσε να γίνει τοξική. Η σύνθεση των νέων πολυμερών έγινε αξιοποιώντας την τεχνική πολυμερισμού διάνοιξης του δακτυλίου (ring opening polymerization – ROP), η οποία σύμφωνα με τους ερευνητές επιτρέπει πολύ καλό έλεγχο του μοριακού βάρους του πολυμερούς αλλά και καλή επαναληψιμότητα στη σύνθεση ενός συγκεκριμένου πολυμερούς, δηλαδή σύνθεση πολλών ίδιων πολυμερών χωρίς αποκλίσεις. «Είναι πολύ δύσκολο να περάσουμε σε κλινικές δοκιμές εάν δεν καταφέρουμε σε πρώτο επίπεδο να εξασφαλίσουμε αφενός την επαναληψιμότητα του πολυμερούς και αφετέρου τον έλεγχο των παραπροϊόντων μετά την αποικοδόμησή του» εξηγεί η ερευνήτρια Piotr Kawalski στην ιστοσελίδα του MIT.

Με τη μέθοδο ROP, οι επιστήμονες κατάφεραν να φτιάξουν πολυμερή από μονομερή λακτόνης. Η μέθοδος αυτή έκανε δυνατό το σχηματισμό διαφορετικών μορφών του ίδιου πολυμερούς, προσθαφαιρώντας μονομερή λακτόνης αλλά και αμινικές ή καρβοξυλικές ομάδες από το σώμα του πολυμερούς. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να συνθέσουν πολυμερή διαφορετικά φορτισμένα, ώστε να διερευνήσουν ποια από τις μορφές αυτές είναι η πιο κατάλληλη για τη μεταφορά mRNA.

Μετά τη σύνθεση 37 διαφορετικών μορφών αμινοπολυεστέρων, οι ερευνητές συνδύασαν τα πολυμερή με λιπίδια, δημιουργώντας νανοσωματίδια, ώστε να αυξήσουν τη σταθερότητα των πολυμερών στα κύτταρα. Αρχικά, οι ερευνητές μετέφεραν τα νανοσωματίδια σε τρυβλία με διαφορετικούς τύπους κυττάρων (in vitro) για να ελέγξουν την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς τους και τα επίπεδα της έκφρασης της πρωτεΐνης που κωδικοποιούσαν τα mRNA. Έπειτα, μετέφεραν τα νανοσωματίδια σε ποντίκια (in vivo) ώστε να παρατηρήσουν την κατανομή τους στους διαφορετικούς ιστούς του οργανισμού και την αποτελεσματικότητα των mRNA να παράγουν λειτουργική πρωτεΐνη. Με έκπληξη η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε πως μερικές μορφές αμινοπολυεστέρων συσσωρεύονταν επιλεκτικά σε ξεχωριστούς ιστούς του οργανισμού, όπως το ήπαρ, τα πνευμόνια, η καρδιά και η σπλήνα. «Το να πετύχουμε ιστο-ειδική μεταφορά των νανοσωματιδίων, είναι μία πρόκληση», σημειώνει ο καθηγητής Yizhou Dong στην ιστοσελίδα του MIT, συμπληρώνοντας πως «τα ευρήματα σε αυτή τη δημοσίευση είναι πολύ ενδιαφέροντα και αποκαλύπτουν πτυχές των χημικών ιδιοτήτων των πολυμερών και διαφορετικές αλληλεπιδράσεις με τους ιστούς του οργανισμού. Τα νέα αυτά νανοϋλικά θα διευκολύνουν τη μεταφορά mRNA για θεραπευτικούς σκοπούς».

Η ερευνητική ομάδα τώρα στοχεύει να αυξήσει την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς mRNA σε διαφορετικούς ιστούς, αλλά και να κατανοήσει τον ακριβή λόγο για τον οποίο διαφορετικές μορφές νανοσωματιδίων στοχεύουν σε διαφορετικούς ιστούς του οργανισμού.