I ricercatori del MIT, del McGovern Institute for Brain Research del MIT, dell’Howard Hughes Medical Institute e del Broad Institute del MIT e di Harvard hanno sviluppato un nuovo modo per fornire terapie molecolari alle cellule.
Il sistema, chiamato SEND, può essere programmato per incapsulare e fornire diversi carichi di RNA. SEND sfrutta le proteine naturali nel corpo che formano particelle simili a virus e si legano all’RNA e può provocare una risposta immunitaria inferiore rispetto ad altri approcci.
Il nuovo metodo di somministrazione funziona in modo efficiente nei modelli cellulari e, con un ulteriore sviluppo, potrebbe aprire una nuova classe di metodi di somministrazione per un’ampia gamma di farmaci molecolari, compresi quelli per l’editing e la sostituzione genica.
I veicoli di consegna esistenti per queste terapie possono essere inefficienti e integrarsi casualmente nel genoma delle cellule e alcuni possono stimolare reazioni immunitarie indesiderate.
SEND ha la promessa di superare queste limitazioni, che potrebbero aprire nuove opportunità per implementare la medicina molecolare
“La comunità biomedica ha sviluppato potenti terapie molecolari, ma consegnarle alle cellule in modo preciso ed efficiente è impegnativo”, ha affermato Feng Zhang, pioniere del CRISPR, autore senior dello studio, membro principale dell’istituto presso il Broad Institute, ricercatore presso il McGovern Institute, e il professore di neuroscienze James e Patricia Poitras al MIT. “SEND ha il potenziale per superare queste sfide.
Zhang è anche ricercatore presso l’Howard Hughes Medical Institute e professore presso i dipartimenti di cervello e scienze cognitive e ingegneria biologica del MIT.
Al centro di SEND c’è una proteina chiamata PEG10, che normalmente si lega al proprio mRNA e forma attorno ad esso una capsula protettiva sferica. Nel loro studio, il team ha progettato PEG10 per confezionare e fornire in modo selettivo altro RNA.
Gli scienziati hanno utilizzato SEND per fornire il sistema di modifica genica CRISPR-Cas9 a cellule di topo e umane per modificare geni mirati
Il primo autore Michael Segel, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Zhang, e Blake Lash, secondo autore e studente laureato nel laboratorio, hanno affermato che il PEG10 non è unico nella sua capacità di trasferire l’RNA.
“Questo è ciò che è così eccitante”, ha detto Segel. “Questo studio mostra che probabilmente ci sono altri sistemi di trasferimento dell’RNA nel corpo umano che possono essere sfruttati anche per scopi terapeutici. Solleva anche alcune domande davvero affascinanti su quali potrebbero essere i ruoli naturali di queste proteine”.
La proteina PEG10 esiste naturalmente negli esseri umani ed è derivata da un “retrotrasposone” – un elemento genetico simile a un virus – che si è integrato nel genoma degli antenati umani milioni di anni fa.
Nel tempo, il PEG10 è stato cooptato dall’organismo per entrare a far parte del repertorio di proteine importanti per la vita.
Quattro anni fa, i ricercatori hanno dimostrato che un’altra proteina derivata dal retrotrasposone, l’ARC, forma strutture simili a virus ed è coinvolta nel trasferimento dell’RNA tra le cellule.
Sebbene questi studi suggerissero che potrebbe essere possibile progettare proteine di retrotrasposoni come piattaforma di consegna, gli scienziati non hanno sfruttato con successo queste proteine per confezionare e fornire carichi di RNA specifici nelle cellule di mammifero.
Sapendo che alcune proteine derivate dal retrotrasposone sono in grado di legare e imballare il carico molecolare, il team di Zhang si è rivolto a queste proteine come possibili veicoli di consegna. Hanno cercato sistematicamente tra queste proteine nel genoma umano quelle che potrebbero formare capsule protettive.
Nella loro analisi iniziale, il team ha trovato 48 geni umani che codificano per proteine che potrebbero avere tale capacità. Di queste, 19 proteine candidate erano presenti sia nei topi che nell’uomo. Nella linea cellulare studiata dal team, PEG10 si è distinto come una navetta efficiente.
Le cellule hanno rilasciato significativamente più particelle di PEG10 rispetto a qualsiasi altra proteina testata. Anche le particelle PEG10 contenevano per lo più il proprio mRNA, suggerendo che PEG10 potrebbe essere in grado di confezionare molecole di RNA specifiche.
Per sviluppare la tecnologia SEND, il team ha identificato le sequenze molecolari, o “segnali”, nell’mRNA di PEG10 che PEG10 riconosce e utilizza per impacchettare il suo mRNA. I ricercatori hanno quindi utilizzato questi segnali per progettare sia il PEG10 che altri carichi di RNA in modo che PEG10 potesse impacchettare selettivamente quegli RNA.
Successivamente, il team ha decorato le capsule PEG10 con proteine aggiuntive, chiamate “fusogeni”, che si trovano sulla superficie delle cellule e le aiutano a fondersi insieme.
Progettando i fusogeni sulle capsule PEG10, i ricercatori dovrebbero essere in grado di indirizzare la capsula a un particolare tipo di cellula, tessuto o organo. Come primo passo verso questo obiettivo, il team ha utilizzato due diversi fusogeni, incluso uno trovato nel corpo umano, per consentire la consegna del carico SEND.
“Mescolando e abbinando diversi componenti nel sistema SEND, riteniamo che fornirà una piattaforma modulare per lo sviluppo di terapie per diverse malattie”, ha affermato Zhang.
SEND è composto da proteine prodotte naturalmente nel corpo, il che significa che potrebbe non innescare una risposta immunitaria. Se ciò sarà dimostrato in ulteriori studi, i ricercatori affermano che SEND potrebbe aprire opportunità per fornire ripetutamente terapie geniche con effetti collaterali minimi.
“La tecnologia SEND integrerà i vettori di consegna virale e le nanoparticelle lipidiche per espandere ulteriormente la cassetta degli attrezzi dei modi per fornire terapie geniche e di modifica alle cellule”, ha affermato Lash.
Successivamente, il team testerà SEND sugli animali e progetterà ulteriormente il sistema per consegnare il carico a una varietà di tessuti e cellule. Continueranno inoltre a sondare la naturale diversità di questi sistemi nel corpo umano per identificare altri componenti che possono essere aggiunti alla piattaforma SEND.
“Siamo entusiasti di continuare a portare avanti questo approccio”, ha affermato Zhang. “La consapevolezza che possiamo utilizzare il PEG10, e molto probabilmente altre proteine, per progettare un percorso di consegna nel corpo umano per confezionare e fornire nuovo RNA e altre potenziali terapie è un concetto davvero potente”.
