Hur väl mRNA-baserade läkemedel tas upp av celler i
vävnader är avgörande för deras medicinska effektivitet. En ny metod
från forskare vid Chalmers och Astra Zeneca kan leda till snabbare
utveckling av de små droppar, så kallade lipida nanopartiklar, som
kan användas för att paketera mRNA för leverans till cellerna.
– Vi har utvecklat en automatiserad process för att testa ett stort
antal lipida nanopartiklar samtidigt
– vilket vi hoppas ska effektivisera utvecklingen av
dessa nya läkemedel, säger Michael Munson, postdoktoral forskare på
Astra Zeneca och affilierad till forskningscentrum Formulaex,
tillika förstaförfattare till studien som nyligen publicerades i
Nature-tidskriften Communications Biology.
|
|
|
|
Budbärar-RNA, eller mRNA, är den kod som cellerna använder för att
producera proteiner. Om RNA tillsätts i form av läkemedel eller
vaccin kan cellerna använda sina egna produktionssystem för att
tillverka det protein som mRNA:t ger instruktion om.
I framtiden vill man använda tekniken för att kunna behandla
kroniska sjukdomar – genom att låta mRNA koda för terapeutiska
proteiner. Man vill också kunna rikta läkemedlen mot specifika
vävnader och celltyper i kroppen.
Men det finns flera stora utmaningar inom den nya läkemedelstekniken.
Man måste först lura cellernas upptagningssystem att ta upp
mRNA-molekylerna. Den främsta metoden för att göra detta är att
packa mRNA:t i lipidnanopartiklar, små droppar som cellen kan ta upp
genom så kallad endocytos. Då kapslas lipidpartikeln in i en blåsa,
endosom, som transporterar läkemedlet vidare in i cellen.
För att mRNA:t ska kunna koda för protein måste det ta sig ut ur
endosomen till cellens cytoplasma. Detta måste ske innan endosomen
hinner transportera mRNA:t till cellens nedbrytningsstationer (lysosymerna).
Detta viktiga steg kallas för endosomal escape, eller endosomflykt,
och är det steg i mRNA-leveransen som är mest avgörande för att
RNA-läkemedel ska fungera.
|
|
|
Michael Munson
Fotograf: Astra Zeneca
|
Spårar flykten ur endosomerna
Forskarna har utvecklat en metod för att studera de lipidinpackade
mRNA-molekylernas färd genom cellen med hjälp av fluorescerande
markörer som kan upptäckas med mikroskopi.Förutom att man kan se om
själva lipidpartikeln har tagits upp och om mRNA:t har lyckats
tillverka det specialkodade proteinet, har forskarna utvecklat en
markör som visar när och var i cellen endosomal escape har skett.
Markören är proteinet Galectin-9 som upptäcker och ansamlas när mRNA
tar sig ut ur endosomen.
– I stället för att bara se vilka lipidnanopartiklar som fungerar
bäst kan vi nu också förstå i vilket steg de fungerar optimalt och
sedan använda den kunskapen när vi utvecklar och testar nya, säger
Michael Munson.
|
|
Elin Esbjörner, Fotograf: Mikael Winters
/Chalmers
|
|
Elin Esbjörner, docent i kemisk biologi vid Chalmers och
medförfattare till studien, förklarar vikten av att mRNA kan
levereras till målceller med hög precision.
– För att minska risken för biverkningar − till exempel att
immunförsvaret ska triggas av lipidpartiklarna − behöver vi kunna ge
en så låg dos som möjligt. Detta är särskilt viktigt för att vi ska
kunna behandla sjukdomar som kräver att läkemedlen används under en
lång period. Då måste endosomal escape ha perfekt tajming för att
mRNA:t ska kunna ta sig ut i cytoplasman, säger hon.
Förutom att metoden ger möjlighet att utvärdera ett stort antal
lipidnanopartiklar åt gången, kan man också använda den för att
undersöka hur effektivt olika lipidnanopartiklar levererar mRNA till
olika sorters celler. Detta är relevant eftersom man vill kunna
använda de nya RNA-läkemedlen riktat och behandla specifika organ i
kroppen, till exempel lungor eller lever.
– I vårt arbete har vi sett att lipidnanopartiklar fungerar olika
bra i olika celltyper. De formuleringar som fungerar för leverans
till leverceller kan fungera helt annorlunda i lungorna. Vi vill
använda vår nya metod för att förstå varför det är en skillnad då
det skulle göra det möjligt att rationellt designa
lipidnanopartiklar som kan riktas mot olika mål i kroppen, säger
Elin Esbjörner.
Läs den vetenskapliga artikeln i tidskriften Nature Communications
Biology:
A high-throughput Galectin-9 imaging assay for quantifying
nanoparticle uptake, endosomal escape and functional RNA delivery
Läs mer om Formulaex:
Formulaex är ett industriellt forskningscentrum för funktionell
RNA-leverans. De tre akademiska parterna Chalmers, Karolinska
Institutet och Göteborgs universitet utför forskning i nära
samarbete med Astra Zeneca, Vironova, Camarus och Nanolyze. Syftet
är att bidra med de grundläggande kunskaper som krävs för att
utforma säkra och effektiva läkemedelsleveranser för nästa
generations nukleotidläkemedel.
Meddelande Chalmers, Göteborg
|