Espandere il potere dell'interferenza dell'RNA

L'interferenza dell'RNA (RNAi), una tecnica che può disattivare geni specifici all'interno delle cellule viventi, ha un grande potenziale per il trattamento di molte malattie causate da geni malfunzionanti. Tuttavia, è stato difficile per gli scienziati trovare modi sicuri ed efficaci per fornire l'RNA che blocca i geni ai bersagli corretti.

Fino a questo punto, i ricercatori hanno ottenuto i migliori risultati con l'RNAi mirato alle malattie del fegato, in parte perché è una destinazione naturale per le nanoparticelle. Ma ora, in uno studio apparso nel numero dell'11 maggio di Nature Nanotechnology, un team guidato dal MIT riferisce di aver ottenuto il più potente silenziamento genico dell'RNAi fino ad oggi nei tessuti non epatici.

Gli ingegneri del MIT hanno progettato nanoparticelle che trasportano RNA (rosse) che possono essere assorbite dalle cellule endoteliali (colorate in blu). Immagine per gentile concessione di Aude Thiriot/Harvard.

Utilizzando nanoparticelle progettate e analizzate per il rilascio endoteliale di brevi filamenti di RNA chiamati siRNA, i ricercatori sono stati in grado di indirizzare l'RNAi alle cellule endoteliali, che formano i rivestimenti della maggior parte degli organi. Ciò aumenta la possibilità di utilizzare l'RNAi per trattare molti tipi di malattie, tra cui il cancro e le malattie cardiovascolari, affermano i ricercatori.

C'è stata una crescente quantità di entusiasmo per la consegna al fegato in particolare, ma per ottenere l'ampio potenziale delle terapie RNAi, è importante essere in grado di raggiungere anche altre parti del corpo, afferma Daniel Anderson, il Samuel A. Goldblith Professore Associato di Ingegneria Chimica, membro del MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science, e uno degli autori senior dell'articolo.

L'altro autore senior del documento è Robert Langer, professore del David H. Koch Institute al MIT e membro del Koch Institute. Gli autori principali sono lo studente laureato del MIT James Dahlman e Carmen Barnes di Alnylam Pharmaceuticals.

Consegna mirata

L'RNAi è un processo naturale, scoperto nel 1998, che consente alle cellule di controllare la propria espressione genetica. L'informazione genetica viene normalmente trasportata dal DNA nel nucleo ai ribosomi, strutture cellulari in cui vengono prodotte le proteine. Brevi filamenti di RNA chiamati siRNA si legano all'RNA messaggero che trasporta queste informazioni genetiche, impedendole di raggiungere il ribosoma.

Anderson e Langer hanno precedentemente sviluppato nanoparticelle, ora in fase di sviluppo clinico, in grado di fornire siRNA alle cellule epatiche chiamate epatociti rivestendo gli acidi nucleici in materiali grassi chiamati lipidoidi. Gli epatociti si aggrappano a queste particelle perché assomigliano alle goccioline di grasso che circolano nel sangue dopo aver consumato un pasto ricco di grassi.

Il fegato è una destinazione naturale per le nanoparticelle, afferma Anderson. Ciò non significa che sia facile fornire RNA al fegato, ma significa che se si iniettano nanoparticelle nel sangue, è probabile che finiscano lì.

Gli scienziati hanno avuto un certo successo nel fornire RNA a organi non epatici, ma il team del MIT ha voluto ideare un approccio che potesse ottenere l'RNAi con dosi più basse di RNA, il che potrebbe rendere il trattamento più efficace e più sicuro.

Le nuove particelle MIT sono costituite da tre o più sfere concentriche costituite da corte catene di un polimero chimicamente modificato. L'RNA è confezionato all'interno di ciascuna sfera e rilasciato una volta che le particelle entrano in una cellula bersaglio.

silenziamento genico

Una caratteristica fondamentale del sistema del MIT è che gli scienziati sono stati in grado di creare una libreria di molti materiali diversi e di valutare rapidamente il loro potenziale come agenti di consegna. Hanno testato circa 2.400 varianti delle loro particelle nelle cellule del cancro cervicale misurando se potevano disattivare un gene che codifica per una proteina fluorescente che era stata aggiunta alle cellule. Hanno quindi testato il più promettente di quelli nelle cellule endoteliali per vedere se potevano interferire con un gene chiamato TIE2, che è espresso quasi esclusivamente nelle cellule endoteliali.

Con le particelle più performanti, i ricercatori hanno ridotto l'espressione genica di oltre il 50 percento, per una dose di soli 0,20 milligrammi per chilogrammo di soluzione, circa un centesimo della quantità richiesta con i veicoli di consegna endoteliali esistenti dell'RNAi. Hanno anche dimostrato di poter bloccare fino a cinque geni contemporaneamente fornendo diverse sequenze di RNA.

I migliori risultati sono stati osservati nelle cellule endoteliali polmonari, ma le particelle hanno anche consegnato con successo l'RNA ai reni e al cuore, tra gli altri organi. Sebbene le particelle siano penetrate nelle cellule endoteliali nel fegato, non sono entrate negli epatociti epatici.

La cosa interessante è che modificando la chimica della nanoparticella puoi influenzare la consegna in diverse parti del corpo, perché le altre formulazioni su cui abbiamo lavorato sono molto potenti per gli epatociti ma non così potenti per i tessuti endoteliali, dice Anderson.

Per dimostrare il potenziale per il trattamento delle malattie polmonari, i ricercatori hanno utilizzato le nanoparticelle per bloccare due geni che sono stati implicati nel cancro del polmone: il recettore VEGF 1 e Dll4, che promuovono la crescita dei vasi sanguigni che alimentano i tumori. Bloccandoli nelle cellule endoteliali polmonari, i ricercatori sono stati in grado di rallentare la crescita del tumore polmonare nei topi e anche di ridurre la diffusione dei tumori metastatici.

Masanori Aikawa, professore associato di medicina presso la Harvard Medical School, descrive la nuova tecnologia come un contributo monumentale che dovrebbe aiutare i ricercatori a sviluppare nuovi trattamenti e conoscere meglio le malattie del tessuto endoteliale come l'aterosclerosi e la retinopatia diabetica, che possono causare cecità.

Le cellule endoteliali svolgono un ruolo molto importante in molteplici fasi di molte malattie, dall'inizio all'insorgenza di complicanze cliniche, afferma Aikawa, che non faceva parte del team di ricerca. Questo tipo di tecnologia ci offre uno strumento estremamente potente che può aiutarci a comprendere queste devastanti malattie vascolari.

I ricercatori hanno in programma di testare ulteriori potenziali bersagli nella speranza che queste particelle possano essere utilizzate per curare il cancro, l'aterosclerosi e altre malattie.

Anche scienziati della Alnylam Pharmaceuticals e della Harvard Medical School hanno contribuito allo studio, che è stato finanziato da una National Defense Science and Engineering Fellowship, dalla National Science Foundation, dalle MIT Presidential Fellowships, dal National Institutes of Health, dallo Stop and Shop Pediatric Brain Tumor Fund, il Pediatric Brain Tumor Fund, la Deutsche Forschungsgemeinschaft, Alnylam e il Center for RNA Therapeutics and Biology.

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