mRNA, ili glasnička RNK, je vrsta molekula koja prenosi genetske informacije od DNK do -mašine za stvaranje proteina u ćeliji. Isporukom mRNA u stanice, možemo ih uputiti da proizvode bilo koji protein koji želimo, kao što su antitijela, enzimi, hormoni ili vakcine. Ovo otvara novi svijet mogućnosti za liječenje raznih bolesti, od zaraznih bolesti do raka.
U ovom članku ćemo vas upoznati s osnovama terapije mRNA, uključujući kako djeluje, kako se pravi, kako se isporučuje i kako se primjenjuje. Također ćemo podijeliti neke od najnovijih dostignuća i izazova u ovoj uzbudljivoj oblasti biotehnologije.
Kako funkcioniše terapija mRNA?
Terapija mRNA djeluje uvođenjem sintetičkih mRNA molekula u stanice, gdje se prevode u funkcionalne proteine. U zavisnosti od vrste i svrhe proteina, terapija mRNA može imati različite efekte. na primjer:
mRNA vakcine mogu pokrenuti imuni odgovor protiv specifičnog patogena, kao što je novi koronavirus koji uzrokuje COVID-19. Isporukom mRNA koja kodira virusni protein, kao što je spike protein, možemo stimulirati proizvodnju antitijela i T stanica koje mogu prepoznati i eliminirati virus.
mRNA antitijela mogu osigurati pasivni imunitet protiv bolesti, kao što su bjesnilo ili HIV. Isporukom mRNA koja kodira monoklonsko antitijelo, možemo pružiti trenutnu zaštitu od specifičnog antigena, bez oslanjanja na vlastiti imuni sistem tijela.
Zamjena proteina mRNA može obnoviti funkciju proteina koji nedostaje ili je defektan, kao što je faktor VIII kod hemofilije ili distrofin kod mišićne distrofije. Isporukom mRNA koja kodira normalnu verziju proteina, možemo ispraviti osnovni uzrok bolesti i poboljšati simptome.
Uređivanje gena mRNA može modificirati genom ćelije, kao što je ispravljanje mutacije ili umetanje novog gena. Isporukom mRNA koja kodira programabilne nukleaze, kao što je CRISPR/Cas9, možemo ciljati i uređivati specifične sekvence DNK sa visokom preciznošću i efikasnošću.
Kako nastaje mRNA?
mRNA se proizvodi procesom koji se naziva in vitro transkripcija (IVT), koji koristi DNK šablon i enzim RNA polimerazu za sintetizaciju RNA molekula. DNK šablon sadrži promotorsku sekvencu i kodirajuću sekvencu željenog proteina. RNA polimeraza se vezuje za promotor i transkribuje DNK u RNK.
Kako bi se osiguralo da je sintetička mRNA funkcionalna i stabilna u ćelijama, nekoliko modifikacija se vrši tokom ili nakon IVT. To uključuje:
Pokrivanje: dodavanje modifikovanog nukleotida na 5' kraj mRNA da bi se zaštitio od degradacije i poboljšala efikasnost translacije. Postoje različite vrste kapica, kao što su Cap 0, Cap 1 i Cap 2, koji se razlikuju po svojim nivoima metilacije.
Poliadenilacija: dodavanje niza adenin nukleotida na 3' kraj mRNA da bi se povećala njena stabilnost i poluživot-. Dužina poli(A) repa može varirati od 10 do 250 nukleotida.
Optimizacija: prilagođavanje strukturnih komponenti mRNK, kao što su 5' netranslated region (UTR), 3' UTR, i otvoreni okvir čitanja (ORF), kako bi se poboljšao nivo ekspresije i aktivnost. Ovo može uključivati optimizaciju upotrebe kodona, uvođenje funkcionalnih peptida ili signalnih sekvenci, ili dodavanje samo-elemenata koji se samo pojačavaju.
Modifikacija: mijenjanje hemijske strukture nekih nukleotida u mRNA kako bi se smanjila njena imunogenost i povećala njena stabilnost. Ovo može uključivati zamjenu uridina pseudouridinom ili N1-metilpseudouridinom, ili dodavanje metil grupa na druge pozicije.
Kako se isporučuje mRNA?
Isporuka mRNA jedan je od najvećih izazova u terapiji mRNA, budući da su molekuli mRNA velike, negativno nabijene i sklone degradaciji enzima u biološkim tekućinama. Stoga se razvijaju različite vrste nosača za zaštitu i transport mRNA u ćelije. To uključuje:
Lipidne nanočestice (LNP): sferne čestice sastavljene od lipida koji formiraju dvosloj oko mRNA molekula. LNP se mogu spojiti sa ćelijskim membranama i osloboditi mRNA u citoplazmu. LNP se široko koriste za isporuku mRNA zbog svoje visoke efikasnosti i biokompatibilnosti. Neki primjeri LNP-a su kationske čvrste lipidne nanočestice (SLN), jonizujuće lipidne nanočestice (ILN) i imunostimulirajuće lipidne nanočestice (ISLN).
Polimerne nanočestice (PNP): sferne čestice sastavljene od polimera koji formiraju strukturu jezgra{0}}ljuske oko mRNA molekula. PNP mogu ući u ćelije endocitozom i pobjeći iz lizosoma efektom protonskog spužve ili enzimskom razgradnjom. PNP-ovi su svestrani i prilagodljivi za različite aplikacije. Neki primjeri PNP-a su polietilenimin (PEI), poli(mliječna-ko-glikolna kiselina) (PLGA) i hitozan.
Kationske nanoemulzije (CNE): kapljice ulja-u-emulzijama vode koje sadrže kationske lipide i surfaktante. CNE mogu stupiti u interakciju sa ćelijskim membranama i isporučiti mRNA u citoplazmu. CNE se lako pripremaju i povećavaju, a mogu poboljšati imunogenost mRNA vakcina. Neki primjeri CNE-a su DOTAP/DOPE, DOTAP/holesterol i DOTAP/MCT.
Drugi sistemi isporuke mRNA: neki drugi tipovi nosača koji su istraženi za isporuku mRNA su protamin-kondenzovana mRNA, egzosomi, ekstracelularni vezikuli (EV), mezoporozni silicijum dioksid i kalcijum fosfat (CaP).
Koje su primjene terapije mRNA?
Terapija mRNA ima potencijal za liječenje širokog spektra bolesti, od zaraznih bolesti do metaboličkih poremećaja, od raka do kardiovaskularnih bolesti i od genetskih bolesti do regenerativne medicine. Neke od trenutnih i novih primjena mRNA terapije su:
mRNA vakcine: mRNA vakcine mogu izazvati snažan i specifičan imuni odgovor protiv različitih patogena, kao što su SARS-CoV-2, virus gripe, HIV, respiratorni sincicijski virus (RSV), herpes simplex virus (HSV), virus varičele zoster (VZV), ljudski virus citomegalovirusa (HCMVegalovirus). mRNA vakcine imaju nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne vakcine, kao što su brz razvoj, niska cena, visoka sigurnost i laka skalabilnost.
mRNA antitijela: mRNA antitijela mogu osigurati pasivni imunitet protiv raznih bolesti, kao što su bjesnilo, HIV, ebola, zika, antraks i COVID-19. mRNA antitijela imaju nekoliko prednosti u odnosu na konvencionalna antitijela, kao što su dugotrajna ekspresija, niska imunogenost, visoka stabilnost i laka primjena.
Zamjena mRNA proteina: Zamjena mRNA proteina može obnoviti funkciju proteina koji nedostaje ili je defektan u raznim bolestima, kao što su hemofilija, mišićna distrofija, cistična fibroza, fenilketonurija, Fabryjeva bolest, Gaucherova bolest i Parkinsonova bolest. Zamjena mRNA proteina ima nekoliko prednosti u odnosu na proteinsku terapiju, kao što je izbjegavanje imunogenosti, povećanje bioraspoloživosti i smanjenje doze i učestalosti.
Uređivanje mRNA gena: Uređivanje gena mRNA može modificirati genom ćelije kod raznih bolesti, kao što su anemija srpastih stanica, beta{0}}talasemija, Huntingtonova bolest, Duchenneova mišićna distrofija i cistična fibroza. Uređivanje gena mRNA ima nekoliko prednosti u odnosu na gensku terapiju baziranu na DNK-, kao što je izbjegavanje integracije u genom domaćina, smanjenje -efekta izvan cilja i povećanje specifičnosti i efikasnosti.
mRNA ćelijska terapija: mRNA ćelijska terapija može manipulirati funkcijom ćelije u raznim bolestima, kao što su rak, autoimune bolesti, dijabetes i kardiovaskularne bolesti. mRNA ćelijska terapija ima nekoliko prednosti u odnosu na konvencionalnu ćelijsku terapiju, kao što je izbjegavanje virusnih vektora, povećanje sigurnosti i svestranosti, te olakšavanje proizvodnje i kontrole kvaliteta.
Koji su izazovi i mogućnosti terapije mRNA?
Terapija mRNA je obećavajuća i nova oblast biotehnologije koja je pokazala veliki potencijal u liječenju različitih bolesti. Međutim, još uvijek postoje neki izazovi i ograničenja koja treba prevladati prije nego što se može široko primijeniti u kliničkoj praksi. To uključuje:
-Poboljšanje stabilnosti i efikasnosti isporuke mRNA molekula in vivo
-Smanjenje imunogenosti i toksičnosti mRNA molekula i nosača
-Optimiziranje nivoa ekspresije i trajanja mRNA-kodiranih proteina
-Razvoj standardiziranih protokola i mjera kontrole kvaliteta za proizvodnju mRNA
-Procjena dugoročne-sigurnosti i efikasnosti terapije mRNA kod ljudi
-Unatoč ovim izazovima, također postoje mnoge mogućnosti i prednosti koje mRNA terapiju čine atraktivnom opcijom za buduću medicinu. To uključuje:
-Iskorišćavanje fleksibilnosti i raznolikosti dizajna i sinteze mRNA
-Iskoristiti inherentnu imunogenost i adjuvansnost mRNA molekula
-Iskorištavanje prolazne ekspresije i reverzibilnosti mRNA-kodiranih proteina
-Istraživanje sinergijskih efekata kombinovanja terapije mRNA sa drugim modalitetima
-Ubrzanje razvoja i procesa odobravanja mRNA proizvoda
Prisys Biotechnology, kompanija specijalizovana zaistraživanje ne-primata (NHP).i usluge za razvoj pretkliničkih lijekova. mRNA terapija, vrsta molekula koja može uputiti stanice da proizvode bilo koji protein koji želimo, kao što su antitijela, enzimi, hormoni ili vakcine. Cynomolgus macaques, vrsta NHP-a koja dijele mnoge sličnosti s ljudima u smislu anatomije, fiziologije, imunologije i genetike. Prisys biotehnologija u istraživanju i razvoju mRNA lijekova i NHP modeli kako slijedi:
Prisys Biotechnology ima integriranu platformu NHP resursa, modela bolesti i kliničkih bolnica za pružanje rješenja za različite oblasti bolesti, kao što su imunologija, upale, kardiovaskularne bolesti, hematologija, jetra, bubrezi, pluća i onkologija.
Prisys Biotechnology nudi kooperativne razvojne mogućnosti za saradnju u istraživanju i razvoju i inovativne tehnologije kao što je duboko učenje{0}}bazirani 3D sistem kvantifikacije ponašanja u NHP-u.
Prisys Biotechnology koristi cynomolgus macaques kao životinjski model za terapiju mRNA, koji su pouzdaniji i relevantniji od drugih životinjskih modela, kao što su miševi ili pacovi.
Prisys Biotechnology može testirati potencijal i izvodljivost terapije mRNA za različite bolesti mjerenjem električne otpornosti, magnetnih svojstava, farmakokinetike, toksičnosti, imunogenosti i efikasnosti mRNA molekula i nosača u NHP.
