Nanoparticulele ghidate de peptide livrează ARNm neuronilor, într-o nouă reuşită a oamenilor de ştiinţă de la Universitatea americană din Pennsylvania.
Cercetătorii de la Penn au modificat nanoparticulele lipidice (LNP) - tehnologia revoluţionară din spatele vaccinurilor cu ARN mesager (ARNm) împotriva Covid-19 - nu numai pentru a traversa bariera hemato-encefalică (BHE), ci şi pentru a viza tipuri specifice de celule, inclusiv neuronii.
Această reuşită marchează un pas semnificativ către o nouă generaţie de potenţiale tratamente pentru boli neurologice precum Alzheimer şi Parkinson.
Într-o nouă cercetare publicată marţi, în revista Nano Letters, cercetătorii demonstrează cum peptidele - şiruri scurte de aminoacizi - pot servi drept molecule de ţintire precisă, permiţând nanoparticulelor să livreze ARNm în mod specific celulelor endoteliale care căptuşesc vasele de sânge din creier, precum şi neuronilor.
Acest lucru reprezintă un progres important în livrarea ARNm către tipurile de celule care ar fi esenţiale în tratarea bolilor neurodegenerative; orice astfel de tratament va trebui să se asigure că ARNm ajunge la locul corect. În lucrări anterioare, echipa de la Penn a demonstrat că aceste LNP pot traversa bariera hemato-encefalică şi pot livra ARNm în creier, dar nu au încercat să controleze care sunt celulele vizate de LNP.
„Prima noastră lucrare a fost o dovadă a conceptului pentru proiectarea nanoparticulelor lipidice”, explică într-un comunicat conf. univ. dr. Michael J. Mitchell, profesor de bioinginerie şi autorul principal al lucrării.
„Era ca şi cum am fi demonstrat că putem trimite un pachet din Pennsylvania în California, dar nu aveam nicio idee unde va ajunge în California. Acum, cu ajutorul peptidelor, putem direcţiona pachetul către destinaţii specifice cu caracteristici comune, ca de exemplu fiecare casă cu o cutie poştală roşie”, a explicat în termeni mai simpli cercetătorul american.
Provocarea accesului medicamentelor către creier
Traversarea barierei hemato-encefalice este dificilă deoarece structura acesteia a evoluat pentru a ţine departe practic orice molecule periculoase sau străine, inclusiv majoritatea medicamentelor. Moleculele de ARNm sunt prea mari pentru a penetra bariera, la fel ca majoritatea produselor farmaceutice. De asemenea, această barieră protectoare din creier expulzează în mod activ materialele pe care le consideră periculoase.
„Puteţi injecta un tratament direct în creier sau în coloana vertebrală, dar acestea sunt proceduri extrem de invazive”, spune Emily Han, doctorandă în laboratorul prof. Mitchell şi primul autor al lucrării.
Deoarece bariera hematoencefalică permite trecerea moleculelor liposolubile (cum ar fi alcoolul şi THC, motiv pentru care aceste substanţe afectează creierul), anumite formulări de LNP, care sunt parţial alcătuite din aceeaşi familie de compuşi graşi care se găsesc în uleiurile obişnuite, se pot strecura în creier.
Peptide vs. anticorpi
Până în prezent, majoritatea cercetărilor privind ţintirea anumitor organe cu LNP s-au concentrat pe combinarea acestora cu anticorpi, proteine mari care funcţionează ca nişte etichete biologice.
„Atunci când punem anticorpi pe LNP, aceştia ar putea deveni instabili şi de dimensiuni mai mari, ceea ce le face foarte greu de strecurat prin barieră”, explică Han.
Spre deosebire de anticorpi, care pot avea o lungime de sute de aminoacizi, peptidele au o lungime de doar câteva zeci de aminoacizi. Dimensiunea lor mai mică înseamnă nu numai că sunt mai uşor de plasat în număr mare pe LNP, dar şi mai ieftin de fabricat. Peptidele sunt, de asemenea, mult mai puţin susceptibile decât anticorpii de a se agrega în timpul formulării LNP sau de a provoca răspunsuri imune neintenţionate.
Ideea de a utiliza peptide a pornit de la o întâmplare neaşteptată când Han a fost expusă potenţial la rabie, după ce un liliac a intrat în camera sa. În timp ce cerceta vaccinurile pe care le-a primit împotriva acestei boli, ea a aflat că una dintre modalităţile prin care virusul turbării traversează bariera din creier este glicoproteina virusului turbării.
„Am dat apoi peste una dintre cele mai promiţătoare peptide de ţintire”, spune Han, o moleculă cunoscută sub numele de RVG29, un segment de 29 de aminoacizi din această proteină.
Testarea conceptului
Pentru a confirma că peptidele funcţionează conform destinaţiei, cercetătorii au trebuit mai întâi să verifice dacă aderă la nanoparticulele de transport dezvoltate.
„Nanoparticulele noastre sunt un amestec complex de acizi nucleici, lipide şi peptide”, spune Han. „A trebuit să optimizăm metodele de cuantificare pentru a distinge peptidele de toate celelalte semnale”, a precizat ea.
După ce au confirmat că peptidele au aderat la nanoparticulele sintetice, cercetătorii au trebuit să determine dacă îmbogăţirea acestora cu cu peptide funcţionale (pLNP) ating sau nu ţintele dorite în modelele animale.
„Este foarte dificil de configurat”, spune Han, „deoarece în creier există atât de multe tipuri diferite de celule şi o mulţime de grăsime care poate interfera cu măsurătorile”. Timp de mai bine de şase luni, laboratorul Penn a dezvoltat cu minuţiozitate un protocol pentru a demonta cu atenţie ţesutul cerebral, aproape ca un mecanic care dezasamblează un motor.
Direcţii viitoare
În continuare, echipa îşi propune să determine ce fracţiune de neuroni trebuie tratată cu pLNP pentru a ameliora semnificativ simptomele sau pentru a vindeca potenţial bolile neurologice.
„Revenind la aceeaşi analogie, trebuie să trimitem aceste medicamente la fiecare casă cu o cutie poştală roşie sau doar la 10% dintre ele? Ar fi de ajuns 10% din neuroni?”, acestea sunt temele pe care cercetătorii vor să le abordeze în continuare
Răspunsul la aceste întrebări va ghida dezvoltarea unor strategii de livrare şi mai eficiente, aducând mai aproape de realitate potenţiale tratamente bazate pe ARNm pentru Alzheimer, Parkinson şi alte boli ale creierului.
Foto articol: Emily Han, doctorandă în cadrul Laboratorului Penn, a dezvoltat o metodă de livrare a nanoparticulelor lipidice către neuroni. Credit: Bella Ciervo, 18 decembrie 2024.
