Naukowcy z Oregon State University College of Pharmacy wykazali na modelach zwierzęcych możliwość wykorzystania nanocząsteczek lipidowych i informacyjnego RNA, technologii leżącej u podstaw szczepionek przeciwko COVID-19, do leczenia ślepoty związanej z rzadką chorobą genetyczną.

Naukowcy opracowali nanocząsteczki zdolne do penetracji siatkówki nerwowej i dostarczania mRNA do komórek fotoreceptorów, których właściwa funkcja umożliwia widzenie.

Badanie, prowadzone przez profesora nadzwyczajnego nauk farmaceutycznych OSU, Gaurava Sahay, doktoranta stanu Oregon Marco Herrera-Barrera i profesora okulistyki Renee Ryals z Oregon Health & Science University, zostało opublikowane dzisiaj w Postępy nauki.

Naukowcy pokonali to, co było głównym ograniczeniem stosowania nanocząsteczek lipidowych (LNP) do przenoszenia materiału genetycznego do celów terapii wzroku – docierania do tylnej części oka, gdzie znajduje się siatkówka.

Lipidy to kwasy tłuszczowe i podobne związki organiczne, w tym wiele naturalnych olejów i wosków. Nanocząsteczki to maleńkie cząstki materiału o wielkości od jednej do 100 miliardowych części metra. Komunikator RNA dostarcza komórkom instrukcje dotyczące wytwarzania określonego białka.

W przypadku szczepionek na koronawirusa mRNA przenoszone przez LNP instruuje komórki, aby wytworzyły nieszkodliwy fragment białka szczytowego wirusa, co wyzwala odpowiedź immunologiczną organizmu. Jako terapia upośledzenia wzroku wynikającego z dziedzicznej degeneracji siatkówki (IRD), mRNA instruowałby komórki fotoreceptorów – wadliwe z powodu mutacji genetycznej – do wytwarzania białek potrzebnych do widzenia.

IRD obejmuje grupę zaburzeń o różnym nasileniu i częstości występowania, które dotykają jedną na kilka tysięcy osób na całym świecie.

Naukowcy wykazali w badaniach z udziałem myszy i naczelnych innych niż ludzie, że LNP wyposażone w peptydy były w stanie przejść przez bariery w oku i dotrzeć do siatkówki nerwowej – gdzie światło jest zamieniane na sygnały elektryczne, które mózg przetwarza na obrazy.

Zidentyfikowaliśmy nowy zestaw peptydów, które mogą dotrzeć do tylnej części oka. Wykorzystaliśmy te peptydy jako kody pocztowe do dostarczania nanocząstek przenoszących materiał genetyczny pod zamierzony adres w oku”.

Gaurav Sahay, profesor nadzwyczajny nauk farmaceutycznych OSU

„Peptydy, które odkryliśmy, mogą być użyte jako ligandy ukierunkowane bezpośrednio skoniugowane z wyciszającymi RNA, małymi cząsteczkami do celów terapeutycznych lub jako sondy obrazujące” – dodał Herrera-Barrera.

Sahay i Ryals otrzymali grant w wysokości 3,2 miliona dolarów od National Eye Institute na dalsze badania obiecujących nanocząsteczek lipidowych w leczeniu dziedzicznej ślepoty. Poprowadzą badania nad wykorzystaniem LNP do dostarczenia narzędzia do edycji genów, które mogłoby usuwać złe geny w komórkach fotoreceptorów i zastępować je prawidłowo funkcjonującymi genami.

Badania mają na celu opracowanie rozwiązań dla ograniczeń związanych z obecnymi podstawowymi sposobami dostarczania do edycji genów: rodzajem wirusa znanego jako wirus związany z adenowirusem lub AAV.

„AAV ma ograniczoną pojemność w porównaniu z LNP i może wywołać reakcję układu odpornościowego” – powiedział Sahay. „Nie radzi sobie również fantastycznie z kontynuacją ekspresji enzymów, których narzędzie do edycji używa jako nożyczek molekularnych do wykonywania cięć w DNA, które ma być edytowane. Mamy nadzieję, że wykorzystamy to, czego dowiedzieliśmy się do tej pory o LNP, do opracowania ulepszony system dostarczania edytora genów”.

Badanie LNP kierowane peptydami zostało sfinansowane przez National Institutes of Health. W badaniach na rzecz stanu Oregon uczestniczyli również wykładowcy College of Pharmacy, Oleh Taratula i Conroy Sun, doktoranci Milan Gautam i Mohit Gupta, doktoranci Antony Jozic i Madeleine Landry, asystent naukowy Chris Acosta i licencjat Nick Jacomino, student bioinżynierii w College Inżynierii, który ukończył w 2020 roku.