Nanoinženýři z Kalifornské univerzity v San Diegu vyvinuli nový a potenciálně účinnější způsob, jak dopravit messengerovou RNA (mRNA) do buněk. Jejich přístup spočívá v umístění mRNA do nanočástic, které napodobují virus chřipky – ten totiž dokáže pronikat do buněk a vnášet tam svou RNA velmi spolehlivě. Metodu popsali v prestižním žurnálu Angewandte Chemie International Edition.
Vědci chtějí mRNA vakcíny vylepšit strategií chřipkového viru. Mohly by být účinnější
Aktuální studie prozkoumala jeden z největších problémů, jemuž moderní medicína čelí. Lékaři se snaží dopravit velké molekuly biologických léčiv co nejbezpečněji do buněk. Jenže organismus se tomu brání, využívá k tomu organely, kterým se říká endozomy. Tyto váčky jsou naplněné kyselinami a uvnitř buněk slouží jako přirozené bariéry, které brání velkým molekulám, jež by mohly představovat hrozbu, aby do buněk pronikly. Tím ale snižují účinnost léčby.
„Současné metody doručování mRNA nemají příliš účinné mechanismy úniku endozomům, takže množství mRNA, které se skutečně uvolní do buněk a zaúčinkuje, je velmi nízké. Většina z nich se po podání bohužel promrhá,“ uvedl hlavní autor studie Liangfang Zhang, který je profesorem nanoinženýrství na Jacobs School of Engineering na Kalifornské univerzitě v San Diegu.
Kdyby se mRNA lékům a vakcínám podařilo vyhnout endozomální obraně, šlo by podle Zhanga o přelom. „Pokud se vám podaří dostat do buněk více mRNA, znamená to, že můžete dostat mnohem nižší dávky mRNA vakcíny. A to by mohlo snížit vedlejší účinky při dosažení stejné účinnosti.“
Viry umí obejít obrany
V přírodě existují fenomény, které velmi dobře unikají endosomu – jsou to právě viry. Například virus chřipky A má na svém povrchu speciální protein zvaný hemaglutinin, který po aktivaci kyselinou uvnitř endozomu spustí spojení viru s endozomální membránou. Tím se endozom otevře a virus může uvolnit svůj genetický materiál do hostitelské buňky, aniž by byl přitom zničen.
Zhang a jeho tým vyvinuli nanočástice pro přenos mRNA, které napodobují tuto schopnost viru chřipky. K výrobě nanočástic vědci v laboratoři geneticky upravili buňky tak, aby na svých buněčných membránách vytvářely právě výše popsaný protein hemaglutinin. Poté oddělili membrány od buněk, rozlomili je na malé kousky a nanesli je na nanočástice vyrobené z biologicky odbouratelného polymeru, který byl předem naplněn molekulami mRNA.
Konečným produktem je nanočástice podobná viru chřipky, která se dokáže dostat do buňky, uniknout endozomu a uvolnit svůj náklad mRNA, aby mohla vykonat svou práci – tedy dala pokyn buňce, aby produkovala bílkoviny.
První testy byly úspěšné
Autoři toto vylepšení už otestovali na myších. Nanočástice naplnili mRNA, která kóduje bioluminiscenční protein luciferáza. Ten je známý tím, že svítí. Hlodavcům je podali jak nosem (myši pak vdechovaly kapičky roztoku obsahujícího nanočástice aplikované u nosních dírek), tak i nitrožilní injekcí.
Když pak pořídili snímky nosu a krve, zjistili významné množství bioluminiscenčního signálu – tkáň pod mikroskopem výrazně svítila. To byl důkaz, že nanočástice podobné viru chřipky účinně doručily svůj náklad mRNA v živém organismu. To se považuje za mnohem lepší důkaz než pouhý experiment na buněčné kultuře v laboratoři.
Výzkumníci nyní testují svůj systém pro doručování terapeutických mRNA a siRNA tak, aby upravené nanočástice dokázaly nést už i užitečné látky v dostatečném množství.
O vylepšení technologie dopravující mRNA se snaží vědci po celém světě – na vlastním způsobu už například pracují i čeští vědci.
Výzkum je důležitý například proto, že na biotechnologii mRNA jsou založené vakcíny proti novému koronaviru, které se masivně využívají v Evropě a USA. Mohlo by to také zlepšit dodávání malé interferující RNA (siRNA) do buněk, která se dnes už využívá v některých formách genové terapie.