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新材料改善了治療傳訊核糖核酸的傳遞

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/08/06
麻省理工學院的研究人員,設計了可以向特定器官傳遞信使RNA的奈米顆粒。在該圖像中,表達合成mRNA的肺細胞顯示為紅色。 圖片來源:麻省理工學院,Piotr Kowalski

在一項可能導致各種疾病的新療法進展中,麻省理工學院的研究人員設計了一種將信使RNAmRNA)傳遞到細胞中的新方法。

mRNA是一種編碼遺傳信息的大核酸,可以指導細胞產生特定的蛋白質。與DNA不同,mRNA不會永久地插入細胞的基因組中,因此它可以用於生產僅需要暫時需要的治療性蛋白質。它還可以用於產生基因編輯蛋白,其改變細胞的基因組隨後消失,從而最小化脫靶效應的風險。

由於mRNA分子如此之大,研究人員很難設計出有效地將它們置於細胞內的方法。將mRNA遞送至體內特定器官也是一項挑戰。新的麻省理工學院方法涉及將mRNA包裝成,稱為氨基聚酯的聚合物,解決了這兩個障礙。

「我們對這些配方以安全有效的方式提供mRNA的潛力感到興奮」研究團隊表示。

該論文發表在《高級材料》雜誌上。

聚合物控制
細胞利用mRNA攜帶蛋白質構建指令,從DNA到核醣體,蛋白質組裝在一起。透過向細胞提供合成mRNA,研究人員希望能夠刺激細胞產生可用於治療疾病的蛋白質。科學家已經開發出一些有效的方法來遞送較小的RNA分子,其中許多這些材料已經在臨床試驗中顯示出潛力。

麻省理工學院的團隊決定將mRNA包裝成稱為氨基聚酯的新聚合物。這些聚合物是可生物降解的,與許多其他遞送聚合物不同,它們不具有強正電荷,這可能使它們不太可能損壞細胞。

為了製造聚合物,研究人員使用了一種方法,可以控制聚合物的性質,例如分子量。這意味著所生產的聚合物的品質在每批中是相似的,而這對於臨床轉變是重要的,並且通常不是其他聚合物合成方法的情況。

研究人員表示,能夠控制分子量和材料的性質,有助於能夠重複製造具有相似品質的奈米粒子,並從生物相容性的構建塊開始生產載體降低其毒性。如果無法控制輸送系統和釋放降解產物的再現性,會使臨床轉譯變得更加困難,這對基於聚合物的核酸輸送來說是一項挑戰。

在這項研究中,研究人員創建了一個多樣化的聚合物庫,其中氨基醇核心和內酯單體的組成各不相同。研究人員還改變了聚合物鏈的長度和內酯亞基中碳原子側鏈的存在。

在創造了大約三十種不同的聚合物後,研究人員將它們與脂質結合起來,脂質有助於穩定顆粒。

在小鼠試驗中,研究人員發現了幾種可以有效地將mRNA傳遞給細胞,並誘導細胞合成mRNA編碼的蛋白質顆粒。令他們驚訝的是,他們還發現幾種奈米顆粒似乎優先在某些器官中積聚,包括肝臟、肺臟、心臟和脾臟。這種選擇性可以讓研究人員將特定療法提供給身體的某些部位。

「實現組織特異性mRNA遞送具有挑戰性,」俄亥俄州立大學藥劑學和藥物化學副教授Yizhou Dong說,他沒有參與這項研究。 「本報告中的研究結果為聚合物的化學特徵,及其與體內不同組織的相互作用提供了新的見解。這些新型聚合物奈米材料將促進mRNA的全身遞送,用於治療應用。

研究人員沒有研究是什麼讓不同的奈米粒子進入不同的器官,但他們希望進一步研究這個問題。 Kowalski說,特異性針對不同器官的顆粒,可能非常適合用於治療肺部疾病,如肺動脈高壓,或用於向脾臟中的免疫細胞提供疫苗。另一種可能的應用,是使用顆粒來遞送編碼稱為CRISPR-Cas9 的基因組編輯技術所需蛋白質的mRNA,可以對細胞的基因組進行永久性添加。

安德森的實驗室目前正在與米蘭理工大學的研究人員合作開發下一代聚合物,以期提高RNA遞送效率,並增強顆粒靶向特定器官的能力。

Kowalski說,透過進一步修改肯定有可能提高這些材料的功效,並且有可能透過擴展庫,來發現具有不同器官特異性的顆粒。

該研究由美國國防高級研究計劃局和Progetto Roberto Rocca資助。