Neke vakcine protiv COVID-19 bezbedno i efikasno su koristile lipidne nanočestice (LNP) za isporuku RNK prenosioca ćelijama. Nova studija MIT-a pokazuje da se različite nanočestice mogu koristiti za potencijalnu terapiju Alchajmerove bolesti (AD). U testovima na višestrukim modelima miševa i sa kultivisanim ljudskim ćelijama, novo skrojena formulacija LNP-a efikasno je isporučila malu interferirajuću RNK (siRNA) u imune ćelije mikroglije mozga da bi suzbila ekspresiju proteina povezanog sa prekomernom upalom kod Alchajmerove bolesti.
U prethodnoj studiji, istraživači su pokazali da blokiranje posledica aktivnosti proteina PU.1 pomaže u smanjenju neuroinflamacije i patologije povezane sa Alchajmerovom bolešću. Novi rezultati, objavljeni u časopisu Napredni materijali, postižu smanjenje upale direktnim smanjenjem ekspresije Spi1 gena koji kodira PU.1.
Uopšteno govoreći, nova studija takođe pokazuje novi način isporuke RNK u mikrogliju, na koju je do sada bilo teško ciljati.
Ko-autor studije Li-Huei Tsai, profesor neuronauke Picover i direktor Picover instituta za učenje i pamćenje i inicijativu za starenje mozga, rekla je da je pretpostavila da bi LNP-ovi mogli raditi kao način da se siRNA dovede u mikrogliju jer ćelije, koje čiste otpada u mozgu, imaju jaku sklonost preuzimanju molekula lipida.
O tome je razgovarala sa Robertom Langerom, profesorom Instituta David Koch, koji je nadaleko poznat po svom ključnom radu na isporuci lekova nanočesticama; odlučili su da testiraju ideju smanjenja ekspresije PU.1 pomoću siRNA isporučene LNP.
„Još se sećam dana kada sam tražio da se sastanem sa Bobom da razgovaramo o ideji testiranja LNP-a kao korisnog opterećenja za ciljanje inflamatorne mikroglije“, rekao je Tsai, član fakulteta u Odeljenju za mozak i kognitivne nauke. „Veoma sam zahvalan Fondaciji JPB, koja je podržala ovu ideju bez ikakvih preliminarnih dokaza.
Diplomirani student Langer Lab-a Jason Andresen i bivši postdok iz Tsai Lab-a Vilijam Ralvenijus su predvodili rad i ko-voditelji su studije. Oven Fenton, bivši postdoktor laboratorije Langer, koji je sada docent na Farmaceutskoj školi Eshelman Univerziteta Severne Karoline, ko-korespondent je sa Tsaijem i Langerom. Langer je profesor hemijskog inženjerstva, biološkog inženjerstva i Koh instituta za integrativno istraživanje raka.
Najjednostavniji način da se testira da li siRNA može terapeutski potisnuti ekspresiju PU.1 bio bi korišćenje već dostupnog uređaja za isporuku, ali jedno od prvih otkrića u studiji je da nijedan od osam komercijalno dostupnih reagenasa ne bi mogao bezbedno i efikasno transfektovati kultivisane. ćelije nalik ljudskim mikroglijama u laboratoriji.
Umesto toga, tim je morao da optimizuje LNP da bi obavio posao. LNP imaju četiri glavne komponente, a promenom strukture dve od njih i promenom odnosa lipida i RNK, istraživači su uspeli da smisle sedam formulacija koje su isprobale. Važno je da su njihova testiranja uključivala isprobavanje njihovih formulacija na kultivisanoj mikrogliji koju su izazvali do upalnog stanja. To stanje je, uostalom, ono u kome je predloženo lečenje potrebno.
Među sedam kandidata, jedan tim pod nazivom „MG-LNP“ istakao se po svojoj posebno visokoj efikasnosti isporuke i bezbednosti testnog RNA tereta.
Ono što funkcioniše u posudi ponekad ne funkcioniše u živom organizmu, pa je tim zatim testirao efikasnost i bezbednost njihovih LNP formulacija na miševima. Testirajući dve različite metode ubrizgavanja, u telo ili u cerebrospinalnu tečnost (CSF), otkrili su da je injekcija u cerebrospinalnu tečnost obezbedila mnogo veću efikasnost u ciljanju mikroglije bez uticaja na ćelije u drugim organima.
Među sedam formulacija, MG-LNP se ponovo pokazao najefikasnijim u transfekciji mikroglije. Langer je rekao da veruje da bi ovo potencijalno moglo da otvori nove načine lečenja određenih bolesti mozga nanočesticama jednog dana.
Kada su saznali da MG-LNP može da isporuči testni teret mikrogliji iu kulturama ljudskih ćelija i u miševima, naučnici su zatim testirali da li bi njegovo korišćenje za isporuku siRNA koja potiskuje PU.1 moglo da smanji upalu u mikrogliji. U ćelijskim kulturama, relativno niska doza je postigla smanjenje ekspresije PU.1 za 42 procenta (što je dobro jer je mikroglijama potrebna bar nešto PU.1 za život).
Zaista, MG-LNP transfekcija nije nanela nikakvu štetu ćelijama. Takođe je značajno smanjio transkripciju gena koje ekspresija PU.1 povećava u mikroglijama, što ukazuje da može da smanji višestruke inflamatorne markere.
U svim ovim i drugim merama, MG-LNP je nadmašio komercijalno dostupan reagens pod nazivom RNAiMAKS koji su naučnici testirali paralelno.
„Ovi nalazi podržavaju upotrebu MG-LNP posredovane anti-PU.1 siRNA isporuke kao potencijalne terapije za neuroinflamatorne bolesti“, napisali su istraživači.
Konačni set testova je procenio performanse MG-LNP-a, isporučujući siRNA u dva mišja modela upale u mozgu. U jednom, miševi su bili izloženi LPS-u, molekulu koji simulira infekciju i stimuliše sistemski odgovor na zapaljenje. U drugom modelu, miševi pokazuju tešku neurodegeneraciju i upalu kada enzim nazvan CDK5 postane hiperaktiviran proteinom zvanim p25.
U oba modela, injekcija MG-LNP-a koji nose anti-PU.1 siRNA smanjila je ekspresiju PU.1 i inflamatornih markera, slično kao u kultivisanim ljudskim ćelijama.
„MG-LNP isporuka anti-PU.1 siRNA potencijalno može da se koristi kao antiinflamatorni terapeutik kod miševa sa sistemskom upalom i u CK-p25 mišjem modelu neuroinflamacije slične AD“, zaključili su naučnici, nazivajući rezultate „dokaz o principu“. Biće potrebno više testiranja pre nego što se ideja može isprobati na ljudskim pacijentima.
