I ricercatori dell'IOCB di Praga hanno scoperto un nuovo tipo di sostanze in grado di trasportare in sicurezza nelle cellule vari tipi di acidi nucleici utilizzati a scopi terapeutici, dai mattoni di base alle lunghe catene di RNA o DNA. La natura universale del loro sistema lo distingue dalle soluzioni esistenti e apre le porte a un'ampia varietà di applicazioni nel trattamento delle malattie genetiche e nei vaccini mRNA, che sono diventati popolari negli ultimi tempi. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Materiali funzionali avanzati .

Gli acidi nucleici DNA e RNA sono principalmente conosciuti come portatori di informazioni genetiche. Attualmente, la molecola di mRNA, che costituisce la base dei vaccini genetici contro il COVID-19, ha generato molta attenzione. La molecola di mRNA serve come una sorta di ricetta per la sintesi di una specifica proteina, per esempio la proteina spike del coronavirus, contro i quali l'organismo inizia poi a produrre naturalmente anticorpi. Questa sintesi avviene all'interno della cellula, quindi la molecola appropriata deve prima arrivarci in sicurezza.

"L'RNA è una sostanza altamente instabile che è soggetta a rapida degradazione. Per trasportarlo nella cellula, deve essere imballato per proteggerlo dall'ambiente circostante e garantirne il trasporto sicuro nel corpo cellulare. Ma non è un problema banale, " spiega Klára Grantz Šašková del gruppo Proteases of Human Pathogens presso IOCB Praga.

In terapia, i lipidi sono usati in combinazione con altre molecole in grado di raggrupparsi con l'RNA e creare nanoparticelle, in cui l'acido nucleico è protetto dall'ambiente circostante. Questo principio è utilizzato dai più recenti vaccini a mRNA contro il coronavirus, Per esempio.

"Poiché per ogni terapia mirata vengono utilizzate varie molecole di RNA di diverse dimensioni, fino ad ora c'è stata la necessità di trovare una composizione univoca di lipidi per ogni specifico tipo di RNA in grado di confezionare la molecola, trasportandolo nella cellula, e poi rilasciarlo. Inoltre, un pacco del genere deve essere sicuro per il corpo umano, e questo complica e rallenta notevolmente lo sviluppo, "dice Petr Cigler, che dirige il gruppo di nanochimica sintetica presso IOCB Praga.

Un team di ricercatori presso IOCB Praga guidato da Petr Cígler e Klára Grantz Šašková in collaborazione con ricercatori dell'Istituto di genetica molecolare dell'Accademia delle scienze ceca, Università Carlo, e il centro BIOCEV hanno scoperto un nuovo tipo di nanoparticelle che, senza ulteriori complicate modifiche, sono in grado di trasportare acidi nucleici di varia lunghezza nelle cellule, dagli elementi costitutivi di base degli acidi nucleici e dei brevi siRNA utilizzati nella terapia genetica all'mRNA e alle lunghe catene di DNA. Queste nanoparticelle, chiamato XMAN, non sono tossici per il corpo e possono facilmente penetrare nel corpo cellulare e rilasciare il loro carico con efficienza comparabile per la maggior parte dei tipi di acido nucleico.

"Ciò che rende speciali i nostri composti è che funzionano universalmente. Ciò significa che possono trasportare qualsiasi tipo di acido nucleico nelle cellule, e lo fanno con un'efficienza molto simile. Sono anche in grado di entrare in sicurezza all'interno di cellule che sono molto difficili da penetrare, come epatociti umani primari o linee cellulari di vari tumori ematologici, che rappresentano attualmente un difficile obiettivo terapeutico, " dice Grantz Šašková.

"Un altro grande vantaggio è la loro stabilità a lungo termine a temperature relativamente normali. A differenza dei vaccini mRNA attualmente in uso, che devono essere conservati a meno 70 gradi Celsius, le nostre nanoparticelle possono essere conservate per diversi mesi in un normale frigorifero, " aggiunge Cigler.

La capacità di trasportare nelle cellule molecole di varie dimensioni rende più semplice l'utilizzo del sistema anche in terapie genetiche molto diverse tra loro. Oltre ai vaccini mRNA, questi includono malattie come l'emofilia A o la fibrosi cistica causata da una produzione insufficiente di una determinata proteina. In tali casi, la molecola di mRNA consente alla cellula di produrre la proteina mancante.

Le nuove molecole sono adatte anche per l'uso nel trattamento di malattie causate dalla produzione di proteine ​​patologiche, come alcune forme di amiloidosi pericolosa per la vita, dove i problemi sono causati dal malfunzionamento della proteina transtiretina. In tali casi è possibile trasportare un breve segmento di RNA chiamato siRNA (piccolo RNA interferente), che entrando nella cellula è in grado di spegnere la produzione della proteina dannosa o malfunzionante.

Ulteriori ricerche su nuove nanoparticelle lipidiche possono portare a un trasporto mirato in tipi specifici di cellule, quale, tra l'altro, è utile per lo sviluppo di vaccini antitumorali personalizzati o farmaci a RNA per il trattamento delle malattie neurodegenerative.

Il nuovo sistema universale per il trasporto di acidi nucleici terapeutici nelle cellule ha un grande potenziale per lo sviluppo di nuovi vaccini e farmaci. Perciò, IOCB TECH, l'ufficio di trasferimento tecnologico sussidiario di IOCB Praga, sta lavorando intensamente alla sua commercializzazione e sta negoziando con possibili partner dell'industria farmaceutica.