RNA messaggero, che possono indurre le cellule a produrre proteine ​​terapeutiche, è molto promettente per il trattamento di una varietà di malattie. Il più grande ostacolo a questo approccio finora è stato trovare modi sicuri ed efficienti per fornire molecole di mRNA alle cellule bersaglio.

In un anticipo che potrebbe portare a nuovi trattamenti per le malattie polmonari, I ricercatori del MIT hanno ora progettato una forma inalabile di mRNA. Questo aerosol potrebbe essere somministrato direttamente ai polmoni per aiutare a curare malattie come la fibrosi cistica, dicono i ricercatori.

"Pensiamo che la capacità di fornire mRNA tramite inalazione potrebbe consentirci di trattare una serie di diverse malattie del polmone, "dice Daniel Anderson, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica del MIT, un membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science (IMES) del MIT, e l'autore senior dello studio.

I ricercatori hanno dimostrato di poter indurre le cellule polmonari nei topi a produrre una proteina bersaglio, in questo caso, una proteina bioluminescente. Se lo stesso tasso di successo può essere raggiunto con proteine ​​terapeutiche, che potrebbe essere abbastanza alto per curare molte malattie polmonari, dicono i ricercatori.

Asha Patel, un ex postdoc del MIT che ora è assistente professore all'Imperial College di Londra, è l'autore principale del documento, che appare nel numero del 4 gennaio della rivista Materiale avanzato . Altri autori del documento includono James Kaczmarek e Kevin Kauffman, sia il recente dottorato di ricerca del MIT. destinatari; Suman Bose, un ricercatore presso il Koch Institute; Faryal Mir, un ex assistente tecnico del MIT; Michael Heartlein, il direttore tecnico di Translate Bio; Frank De Rosa, vicepresidente senior della ricerca e sviluppo presso Translate Bio; e Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT e membro del Koch Institute.

Trattamento per inalazione

L'RNA messaggero codifica istruzioni genetiche che stimolano le cellule a produrre proteine ​​specifiche. Molti ricercatori hanno lavorato allo sviluppo di mRNA per il trattamento di malattie genetiche o cancro, essenzialmente trasformando le cellule dei pazienti in fabbriche di farmaci.

Poiché l'mRNA può essere facilmente scomposto nel corpo, deve essere trasportato all'interno di una sorta di supporto protettivo. Il laboratorio di Anderson ha precedentemente progettato materiali in grado di fornire mRNA e un altro tipo di terapia dell'RNA chiamata interferenza dell'RNA (RNAi) al fegato e ad altri organi, e alcuni di questi sono in fase di ulteriore sviluppo per eventuali test sui pazienti.

In questo studio, i ricercatori volevano creare una forma inalabile di mRNA, che consentirebbe alle molecole di essere consegnate direttamente ai polmoni. Molti farmaci esistenti per l'asma e altre malattie polmonari sono appositamente formulati in modo che possano essere inalati tramite un inalatore, che spruzza particelle in polvere di farmaci, o un nebulizzatore, che rilascia un aerosol contenente il farmaco.

Il team del MIT ha deciso di sviluppare un materiale in grado di stabilizzare l'RNA durante il processo di erogazione dell'aerosol. Alcuni studi precedenti hanno esplorato un materiale chiamato polietilenimina (PEI) per fornire DNA inalabile ai polmoni. Però, PEI non si rompe facilmente, quindi con il dosaggio ripetuto che sarebbe probabilmente necessario per le terapie con mRNA, il polimero potrebbe accumularsi e causare effetti collaterali.

Per evitare questi potenziali effetti collaterali, i ricercatori si sono rivolti a un tipo di polimeri caricati positivamente chiamati poli iperramificati (beta amino esteri), quale, a differenza del PEI, sono biodegradabili.

Le particelle create dal team sono costituite da sfere, circa 150 nanometri di diametro, con una miscela aggrovigliata del polimero e delle molecole di mRNA che codificano la luciferasi, una proteina bioluminescente. I ricercatori hanno sospeso queste particelle in goccioline e le hanno consegnate ai topi come nebbia inalabile, utilizzando un nebulizzatore.

"La respirazione viene utilizzata come via di somministrazione semplice ma efficace ai polmoni. Una volta inalate le goccioline di aerosol, le nanoparticelle contenute all'interno di ogni gocciolina entrano nelle cellule e le istruiscono per produrre una particolare proteina dall'mRNA, "dice Patel.

I ricercatori hanno scoperto che 24 ore dopo che i topi hanno inalato l'mRNA, le cellule polmonari stavano producendo la proteina bioluminescente. La quantità di proteine ​​diminuiva gradualmente nel tempo man mano che l'mRNA veniva eliminato. I ricercatori sono stati in grado di mantenere livelli costanti della proteina somministrando ai topi dosi ripetute, che può essere necessario se adattato al trattamento di malattie polmonari croniche.

Ampia distribuzione

Ulteriori analisi dei polmoni hanno rivelato che l'mRNA era distribuito uniformemente nei cinque lobi polmonari ed era assorbito principalmente dalle cellule epiteliali polmonari, che rivestono le superfici polmonari. Queste cellule sono implicate nella fibrosi cistica, così come altre malattie polmonari come la sindrome da distress respiratorio, che è causato da una carenza di proteina tensioattiva. Nel suo nuovo laboratorio all'Imperial College di Londra, Patel prevede di indagare ulteriormente sulle terapie a base di mRNA.

In questo studio, i ricercatori hanno anche dimostrato che le nanoparticelle potrebbero essere liofilizzate in polvere, suggerendo che potrebbe essere possibile somministrarli tramite un inalatore anziché un nebulizzatore, che potrebbe rendere il farmaco più conveniente per i pazienti.