mRNA tai lähetti-RNA on eräänlainen molekyyli, joka kuljettaa geneettistä tietoa DNA:sta solun proteiinien{0}}valmistuskoneistoon. Toimittamalla mRNA:ta soluihin voimme ohjata niitä tuottamaan mitä tahansa proteiinia, jota haluamme, kuten vasta-aineita, entsyymejä, hormoneja tai rokotteita. Tämä avaa uuden mahdollisuuden erilaisten sairauksien hoitoon tartuntataudeista syöpään.
Tässä artikkelissa esittelemme sinulle mRNA-hoidon perusteet, mukaan lukien sen, miten se toimii, miten se valmistetaan, miten se toimitetaan ja miten sitä sovelletaan. Kerromme myös viimeisimmistä edistysaskeleista ja haasteista tällä jännittävällä biotekniikan alalla.
Miten mRNA-terapia toimii?
mRNA-terapia toimii viemällä synteettisiä mRNA-molekyylejä soluihin, joissa ne muunnetaan toiminnallisiksi proteiineiksi. Proteiinin tyypistä ja tarkoituksesta riippuen mRNA-hoidolla voi olla erilaisia vaikutuksia. Esimerkiksi:
mRNA-rokotteet voivat laukaista immuunivasteen tiettyä taudinaiheuttajaa vastaan, kuten uutta koronavirusta, joka aiheuttaa COVID-19:n. Toimittamalla mRNA:ta, joka koodaa virusproteiinia, kuten piikkiproteiinia, voimme stimuloida vasta-aineiden ja T-solujen tuotantoa, jotka voivat tunnistaa ja eliminoida viruksen.
mRNA-vasta-aineet voivat tarjota passiivisen immuniteetin tautia, kuten raivotautia tai HIV:tä vastaan. Toimittamalla mRNA:ta, joka koodaa monoklonaalista vasta-ainetta, voimme antaa välittömän suojan tiettyä antigeeniä vastaan ilman, että turvaudumme kehon omaan immuunijärjestelmään.
mRNA-proteiinin korvaaminen voi palauttaa puuttuvan tai viallisen proteiinin toiminnan, kuten tekijä VIII:n hemofiliassa tai dystrofiinin lihasdystrofiassa. Toimittamalla mRNA:ta, joka koodaa proteiinin normaalia versiota, voimme korjata taudin taustalla olevan syyn ja parantaa oireita.
mRNA-geenin muokkaus voi muokata solun genomia, kuten korjata mutaation tai lisätä uuden geenin. Toimittamalla mRNA:ta, joka koodaa ohjelmoitavia nukleaaseja, kuten CRISPR/Cas9, voimme kohdistaa ja muokata tiettyjä DNA-sekvenssejä erittäin tarkasti ja tehokkaasti.
Miten mRNA valmistetaan?
mRNA valmistetaan prosessilla, jota kutsutaan in vitro -transkriptioksi (IVT), joka käyttää DNA-templaattia ja RNA-polymeraasientsyymiä RNA-molekyylien syntetisoimiseen. DNA-templaatti sisältää promoottorisekvenssin ja halutun proteiinin koodaavan sekvenssin. RNA-polymeraasi sitoutuu promoottoriin ja transkriptoi DNA:n RNA:ksi.
Sen varmistamiseksi, että synteettinen mRNA on toimiva ja stabiili soluissa, useita modifikaatioita tehdään IVT:n aikana tai sen jälkeen. Näitä ovat:
Korkki: modifioidun nukleotidin lisääminen mRNA:n 5'-päähän sen suojaamiseksi hajoamiselta ja sen translaatiotehokkuuden parantamiseksi. On olemassa erilaisia korkkityyppejä, kuten Cap 0, Cap 1 ja Cap 2, jotka eroavat metylaatiotasostaan.
Polyadenylaatio: adeniininukleotidijonon lisääminen mRNA:n 3'-päähän sen stabiilisuuden ja puoliintumisajan pidentämiseksi. Poly(A)-hännän pituus voi vaihdella 10-250 nukleotidin välillä.
Optimointi: säädellään mRNA:n rakenteellisia komponentteja, kuten 5' transloimatonta aluetta (UTR), 3' UTR:ää ja avointa lukukehystä (ORF), sen ilmentymistason ja aktiivisuuden parantamiseksi. Tämä voi sisältää kodonin käytön optimoinnin, toiminnallisten peptidien tai signaalisekvenssien lisäämisen tai itse-vahvistuvien elementtien lisäämisen.
Modifikaatio: joidenkin mRNA:n nukleotidien kemiallisen rakenteen muuttaminen sen immunogeenisyyden vähentämiseksi ja sen stabiilisuuden lisäämiseksi. Tämä voi tarkoittaa uridiinin korvaamista pseudouridiinilla tai N1-metyylipseudouridiinilla tai metyyliryhmien lisäämistä muihin asemiin.
Miten mRNA toimitetaan?
mRNA:n kuljetus on yksi suurimmista haasteista mRNA-terapiassa, koska mRNA-molekyylit ovat suuria, negatiivisesti varautuneita ja alttiita hajoamaan entsyymien vaikutuksesta biologisissa nesteissä. Siksi kehitetään erityyppisiä kantajia suojaamaan ja kuljettamaan mRNA:ta soluihin. Näitä ovat:
Lipidinanohiukkaset (LNP:t): pallomaiset hiukkaset, jotka koostuvat lipideistä, jotka muodostavat kaksoiskerroksen mRNA-molekyylien ympärille. LNP:t voivat fuusioitua solukalvojen kanssa ja vapauttaa mRNA:ta sytoplasmaan. LNP:itä käytetään laajalti mRNA:n kuljettamiseen niiden korkean tehokkuuden ja biologisen yhteensopivuuden vuoksi. Joitakin esimerkkejä LNP:istä ovat kationiset kiinteät lipidinanohiukkaset (SLN:t), ionisoituvat lipidinanohiukkaset (ILN:t) ja immunostimuloivat lipidinanohiukkaset (ISLN:t).
Polymeerinanohiukkaset (PNP:t): pallomaiset partikkelit, jotka koostuvat polymeereistä, jotka muodostavat ydin-kuorirakenteen mRNA-molekyylien ympärille. PNP:t voivat päästä soluihin endosytoosin kautta ja paeta lysosomeista protonisienivaikutuksen tai entsymaattisen hajoamisen kautta. PNP:t ovat monipuolisia ja muokattavissa erilaisiin sovelluksiin. Joitakin esimerkkejä PNP:istä ovat polyetyleeni-imiini (PEI), poly(maito-ko{5}}glykolihappo) (PLGA) ja kitosaani.
Kationiset nanoemulsiot (CNE:t): öljy{0}}vedessä{1}}-emulsiot, jotka sisältävät kationisia lipidejä ja pinta-aktiivisia aineita. CNE:t voivat olla vuorovaikutuksessa solukalvojen kanssa ja kuljettaa mRNA:ta sytoplasmaan. CNE:t on helppo valmistaa ja skaalata, ja ne voivat parantaa mRNA-rokotteiden immunogeenisyyttä. Joitakin esimerkkejä CNE:stä ovat DOTAP/DOPE, DOTAP/cholesterol ja DOTAP/MCT.
Muut mRNA:n kuljetusjärjestelmät: jotkin muun tyyppiset kantajat, joita on tutkittu mRNA:n kuljettamiseen, ovat protamiini-kondensoitunut mRNA, eksosomit, solunulkoiset rakkulat (EV:t), mesohuokoinen piidioksidi ja kalsiumfosfaatti (CaP).
Mitkä ovat mRNA-hoidon sovellukset?
mRNA-terapialla voidaan hoitaa monenlaisia sairauksia tartuntataudeista aineenvaihduntahäiriöihin, syövästä sydän- ja verisuonisairauksiin ja geneettisistä sairauksista regeneratiiviseen lääketieteeseen. Jotkut mRNA-hoidon nykyisistä ja nousevista sovelluksista ovat:
mRNA-rokotteet: mRNA-rokotteet voivat indusoida vankan ja spesifisen immuunivasteen erilaisia patogeenejä, kuten SARS{0}}CoV-2:ta, influenssavirusta, HIV:tä, hengitysteiden synsyyttivirusta (RSV), herpes simplex -virusta (HSV), varicella zoster -virusta (VZV), ihmisen sytomegalovirusta, HCMV- ja raivotautivirusta vastaan, vastaan. mRNA-rokotteilla on useita etuja perinteisiin rokotteisiin verrattuna, kuten nopea kehitys, alhaiset kustannukset, korkea turvallisuus ja helppo skaalautuvuus.
mRNA-vasta-aineet: mRNA-vasta-aineet voivat tarjota passiivisen immuniteetin erilaisia sairauksia, kuten raivotautia, HIV:tä, Ebolaa, Zikaa, pernaruttoa ja COVID-tautia vastaan-19. mRNA-vasta-aineilla on useita etuja tavanomaisiin vasta-aineisiin verrattuna, kuten pitkäaikainen ilmentyminen, alhainen immunogeenisyys, korkea stabiilisuus ja helppo anto.
mRNA-proteiinin korvaaminen: mRNA-proteiinin korvaaminen voi palauttaa puuttuvan tai viallisen proteiinin toiminnan erilaisissa sairauksissa, kuten hemofiliassa, lihasdystrofiassa, kystisessä fibroosissa, fenyyliketonuriassa, Fabryn taudissa, Gaucherin taudissa ja Parkinsonin taudissa. mRNA-proteiinin korvaamisella on useita etuja proteiiniterapiaan verrattuna, kuten immunogeenisyyden välttäminen, biologisen hyötyosuuden parantaminen ja annoksen ja frekvenssin pienentäminen.
mRNA-geenin muokkaus: mRNA-geenin muokkaus voi muuttaa solun genomia erilaisissa sairauksissa, kuten sirppisoluanemiassa, beeta-talassemiassa, Huntingtonin taudissa, Duchennen lihasdystrofiassa ja kystisessä fibroosissa. mRNA-geenien muokkaamisella on useita etuja DNA-pohjaiseen geeniterapiaan verrattuna, kuten isäntägenomiin integroitumisen välttäminen, kohdevaikutusten vähentäminen sekä spesifisyyden ja tehokkuuden lisääminen.
mRNA-soluterapia: mRNA-soluterapia voi manipuloida solun toimintaa erilaisissa sairauksissa, kuten syövässä, autoimmuunisairauksissa, diabeteksessa ja sydän- ja verisuonitaudeissa. mRNA-soluterapialla on useita etuja tavanomaiseen soluterapiaan verrattuna, kuten virusvektoreiden välttäminen, turvallisuuden ja monipuolisuuden lisääminen sekä valmistuksen ja laadunvalvonnan helpottaminen.
Mitkä ovat mRNA-hoidon haasteet ja mahdollisuudet?
mRNA-terapia on lupaava ja nouseva biotekniikan ala, joka on osoittanut suurta potentiaalia erilaisten sairauksien hoidossa. On kuitenkin vielä joitain haasteita ja rajoituksia, jotka on voitettava ennen kuin sitä voidaan soveltaa laajalti kliinisessä käytännössä. Näitä ovat:
-MRNA-molekyylien stabiilisuuden ja kuljetustehokkuuden parantaminen in vivo
-MRNA-molekyylien ja kantajien immunogeenisyyden ja toksisuuden vähentäminen
-Optimoi mRNA{1}}-koodattujen proteiinien ilmentymistaso ja kesto
-Kehitetään standardoituja protokollia ja laadunvalvontatoimenpiteitä mRNA:n tuotantoa varten
-Arvioidaan mRNA-hoidon pitkän ajan-turvallisuutta ja tehokkuutta ihmisillä
-Näistä haasteista huolimatta on myös monia mahdollisuuksia ja etuja, jotka tekevät mRNA-hoidosta houkuttelevan vaihtoehdon tulevaisuuden lääketieteessä. Näitä ovat:
-MRNA:n suunnittelun ja synteesin joustavuuden ja monimuotoisuuden hyödyntäminen
-MRNA-molekyylien luontaisen immunogeenisuuden ja adjuvanttisuuden hyödyntäminen
-mRNA{1}}-koodattujen proteiinien ohimenevän ilmentymisen ja palautuvuuden hyödyntäminen
-MRNA-hoidon ja muiden menetelmien yhdistämisen synergististen vaikutusten tutkiminen
-MRNA-tuotteiden kehitys- ja hyväksymisprosessin nopeuttaminen
Prisys Biotechnology, yritys, joka on erikoistunutei--kädellisten (NHP) tutkimusja palvelut prekliiniseen lääkekehitykseen. mRNA-terapia, molekyylityyppi, joka voi ohjeistaa soluja tuottamaan mitä tahansa haluamaamme proteiinia, kuten vasta-aineita, entsyymejä, hormoneja tai rokotteita. Cynomolgus macaques, NHP-laji, jolla on monia samankaltaisuuksia ihmisten kanssa anatomian, fysiologian, immunologian ja geneettisen suhteen. Prisys Biotechnology mRNA-lääketutkimuksessa ja -kehityksessä sekä NHP-malleissa seuraavasti:
Prisys Biotechnologylla on integroitu alusta NHP-resursseista, sairausmalleista ja kliinisistä sairaaloista, jotka tarjoavat ratkaisuja erilaisiin sairausalueisiin, kuten immunologiaan, tulehduksiin, sydän- ja verisuonisairauksiin, hematologiaan, maksa-, munuais-, keuhko- ja onkologiaan.
Prisys Biotechnology tarjoaa yhteistyömuotoisia kehitysvaihtoehtoja T&K-yhteistyöhön ja innovatiivisia teknologioita, kuten syväoppimiseen{0}} perustuvaa 3D-käyttäytymisen kvantifiointijärjestelmää NHP:ssä.
Prisys Biotechnology käyttää mRNA-hoidon eläinmallina cynomolgus-makakeja, jotka ovat luotettavampia ja merkityksellisempiä kuin muut eläinmallit, kuten hiiret tai rotat.
Prisys Biotechnology voi testata mRNA-hoidon mahdollisuuksia ja toteutettavuutta eri sairauksissa mittaamalla mRNA-molekyylien ja -kantajien sähkövastusta, magneettisia ominaisuuksia, farmakokinetiikkaa, toksisuutta, immunogeenisyyttä ja tehokkuutta NHP:issä.
