Dok su vakcine protiv COVID-19 upoznale mnoge ljude sa lekovima zasnovanim na RNK, RNK oligonukleotidi su već godinama na tržištu za lečenje bolesti poput Dušenove mišićne distrofije i amiloidoze. RNK terapije nude mnoge prednosti u odnosu na tradicionalne lekove sa malim molekulima, uključujući njihovu sposobnost da adresiraju skoro svaku genetsku komponentu unutar ćelija i da usmere alate za uređivanje gena kao što je CRISPR do njihovih ciljeva.
Međutim, obećanje RNK je trenutno ograničeno činjenicom da brzo rastuća globalna potražnja nadmašuje sposobnost industrije da je proizvodi. Standardni metod hemijske sinteze RNK izmišljen je 1980-ih i zahteva specijalizovanu opremu i radno intenzivne procese.
Metode hemijske sinteze su takođe ograničene u pogledu opsega gradivnih blokova nukleotida koje mogu da ugrade u molekule RNK i proizvode metričke tone toksičnih hemijskih nusproizvoda koji stvaraju opasnosti po životnu sredinu i ograničavaju proizvodni kapacitet fabrika. Ovi problemi će se samo povećavati kako se proizvodnja RNK povećava kao odgovor na potražnju.
Tim naučnika sa Instituta Viss na Univerzitetu Harvard i Medicinske škole Harvard (HMS) kreirao je rešenje za ovaj problem: novi proces sinteze RNK koji proširuje prostor za terapijski dizajn RNK i otključava potencijal za brzo povećanje te hemijske sinteze. ne može postići.
Njihova nova metoda može proizvesti RNK sa efikasnošću i čistoćom uporedivim sa trenutnim industrijskim standardima koristeći vodu i enzime, a ne toksične rastvarače i eksplozivne katalizatore koji muče trenutnu proizvodnju. Takođe može da uključi sve uobičajene molekularne modifikacije koje se danas nalaze u RNK lekovima i ima potencijal da ugradi nove RNK hemije za nove vrste terapija.
Postignuće je opisano u radu objavljenom danas u Nature Biotechnologi.
„Kako potražnja za RNK lekovima nastavlja da raste i dodatni proizvodi dolaze na tržište, mi ćemo premašiti trenutnu globalnu ponudu acetonitrila, organskog rastvarača koji se koristi u hemijskim metodama sinteze RNK“, rekao je prvi autor Džonatan Ritičijer, dr. bivši postdoktorski saradnik na Viss i HMS. On i kolega prvi autor i bivši naučnik istraživanja Viss Daniel Viegand, M.S.Ch.E.; Član Viss Core Faculti, dr Džordž Čerč, i drugi su osnovali EnPlusOne Biosciences da komercijalizuju svoju tehnologiju.
„Isporuka RNK lekova svetu u ovim razmerama zahteva promenu paradigme ka obnovljivoj, vodenoj sintezi, i verujemo da će naša vlasnička enzimska tehnologija omogućiti tu promenu“, dodao je Ritičier.
U Čerčevoj laboratoriji, Ritičier, Vigand i ko-korespondentni autor Erkin Kuru, dr. prepoznao da je farmaceutska industrija usred RNK revolucije. Laboratorija je ranije osmislila način da se sintetiše DNK pomoću enzima i pretpostavila da bi to isto mogli da urade i za RNK.
Naučnici su započeli sa enzimom iz soja kvasca, Schizosaccharomices pombe, za koji je poznato da povezuje nukleotidne molekule kako bi formirao niti RNK. Oni su konstruisali enzim da bi ga učinili efikasnijim i sposobnijim da ugradi nestandardne nukleotide u RNK. Ovo je bilo posebno važno u izgradnji korisne platforme za razvoj lekova, jer svaki RNK lek koji je odobrila FDA sadrži nukleotide koji su modifikovani u odnosu na prvobitni oblik da bi se povećala njihova stabilnost u telu ili dali novim funkcijama.
Zatim su se fokusirali na same nukleotide. U standardnoj hemijskoj sintezi RNK, nukleotidi imaju „zaštitne grupe“ koje su im dodate: neka vrsta hemijskog omotača koji sprečava da se molekul ošteti u teškim reakcionim uslovima.
Ove zaštitne grupe moraju biti uklonjene nakon sinteze da bi RNK funkcionisala, a ovaj proces zahteva dodatni krug hemijskih reakcija koje mogu oštetiti RNK dok se gradi. Blaži uslovi EnPlusOne sinteze eliminišu potrebu za bilo kakvom glomaznom folijom, što na kraju dovodi do bolje proizvodnje.
Ali čak i kada je rešio jedan problem, enzim tima je uveo drugačiji: njegova prirodna aktivnost bi nekontrolisano povezivala nukleotide, što bi rezultiralo netačnim sekvencama RNK. Da bi rešili ovaj problem, oni su modifikovali svoje nukleotide sa „blokatorom“, hemijskom grupom koja zaustavlja enzim i dozvoljava dodavanje samo jednog nukleotida u isto vreme. Jednom kada je dodat željeni nukleotid, blokator se uklanja kako bi se omogućio vezivanje sledećeg nukleotida u nizu, što rezultira procesom u dva koraka koji je jednostavniji i manje reagensi intenzivan od tipične metode hemijske sinteze u četiri koraka.
Istraživači su pokazali da njihov novi proces uključuje nukleotide sa 95% efikasnosti, što je uporedivo sa hemijskom sintezom. Tim je zatim iterativno ponavljao cikluse enzimske sinteze RNK da bi izgradio molekule dužine 10 nukleotida. Oni su sada rutinski u stanju da grade molekule duge 23 nukleotida, što je veličina mnogih blokbaster RNK terapeutika.
Ključ za pretvaranje RNK u korisne lekove je modifikacija njenih prirodno postojećih nukleotida. Tim je takođe pokazao da njihov metod enzimske sinteze može uspešno da proizvede niti RNK sa više vrsta modifikovanih nukleotida sa istom sposobnošću kao prirodni nukleotidi.
„Prirodna RNK se sastoji od četiri slova — A, U, C i G — ali ovu jednostavnu abecedu možemo proširiti sintetičkom biologijom“, rekao je Kuru, koji je postdoktorski saradnik na HMS-u. „Naš proces u suštini povećava broj ključeva koje imamo na našoj ‘RNK pisaćoj mašini’ na mnogo bogatiju abecedu koju možemo koristiti za pisanje RNK sa novim funkcijama i svojstvima.“
Ovaj rad je formirao osnovu za projekat validacije na Institutu Viss 2019. i 2020. godine, kada je uklonjen rizik i pripremljen za komercijalizaciju.
„Tehnologije enzimske sinteze nukleotida nude mnoge prednosti kao alternativu metodama zasnovanim na hemikalijama. Ova platforma može pomoći u otključavanju ogromnog potencijala RNK terapije na održiv način, posebno u proizvodnji visokokvalitetnih vodiča RNK molekula za CRISPR/Cas uređivanje gena“, rekao je ko-korespondentni autor Čerč, koji je takođe Robert Vintrop profesor genetike na HMS.
EnPlusOne takođe koristi svoju platformu za proizvodnju malih interferirajućih RNK (siRNA) u laboratorijskoj skali koje bi se mogle koristiti za lečenje širokog spektra bolesti.
„RNK lekovi nude moćan novi pristup tretmanu za ogroman spektar bolesti. Međutim, trenutne metode proizvodnje za ove lekove su ograničene u smislu hemijske raznovrsnosti koju mogu da proizvedu, količine materijala koji se može proizvesti po razumnoj ceni i njihov negativan uticaj na životnu sredinu zbog oštrih hemikalija koje su im potrebne, EnPlusOne-ova elegantna bioinspirisana alternativa za sintezu enzima nudi način da se prevaziđu sva ova ograničenja i mogla bi da pomogne industriji RNK da eksplodira“, rekao je osnivač Viss-a.
