Engenheiros do MIT e da Escola de Medicina da Universidade de Massachusetts projetaram um novo tipo de nanopartícula que pode ser administrada aos pulmões, onde pode fornecer RNA mensageiro que codifica proteínas úteis.
Com mais desenvolvimento, essas partículas podem oferecer um tratamento inalável para fibrose cística e outras doenças do pulmão, dizem os pesquisadores.
“Esta é a primeira demonstração de entrega altamente eficiente de RNA aos pulmões em camundongos. Esperamos que possa ser usado para tratar ou reparar uma série de doenças genéticas, incluindo a fibrose cística”, diz Daniel Anderson, professor do Departamento de Engenharia Química do MIT e membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research e do Institute for Medical Engenharia e Ciências (IMES).
Em um estudo com camundongos, Anderson e seus colegas usaram as partículas para fornecer o mRNA que codifica o maquinário necessário para a edição do gene CRISPR/Cas9. Isso poderia abrir a porta para a concepção de nanopartículas terapêuticas que podem cortar e substituir os genes causadores de doenças.
Os autores seniores do estudo, publicado na Nature Biotechnology, são Anderson; Robert Langer, professor do Instituto David H. Koch no MIT; e Wen Xue, professor associado do UMass Medical School RNA Therapeutics Institute. Bowen Li, um ex-pós-doutorando do MIT que agora é professor assistente na Universidade de Toronto; Rajith Singh Manan, pós-doutorado do MIT; e Shun-Qing Liang, pós-doutorando na UMass Medical School, são os principais autores do artigo.
O RNA mensageiro possui grande potencial como terapêutico para o tratamento de uma variedade de doenças causadas por genes defeituosos. Um obstáculo para sua implantação até agora tem sido a dificuldade em aplicá-lo na parte certa do corpo, sem efeitos fora do alvo. As nanopartículas injetadas geralmente se acumulam no fígado, então vários ensaios clínicos avaliando potenciais tratamentos de mRNA para doenças do fígado estão em andamento. As vacinas Covid-19 baseadas em RNA, que são injetadas diretamente no tecido muscular, também se mostraram eficazes. Em muitos desses casos, o mRNA é encapsulado em uma nanopartícula lipídica – uma esfera gordurosa que protege o mRNA de ser quebrado prematuramente e o ajuda a entrar nas células-alvo.
Vários anos atrás, o laboratório de Anderson começou a projetar partículas que seriam mais capazes de transfectar as células epiteliais que compõem a maior parte do revestimento dos pulmões. Em 2019, seu laboratório criou nanopartículas que poderiam fornecer mRNA que codifica uma proteína bioluminescente para células pulmonares. Essas partículas eram feitas de polímeros em vez de lipídios, o que as tornava mais fáceis de aerossolizar para inalação nos pulmões. No entanto, é necessário mais trabalho nessas partículas para aumentar sua potência e maximizar sua utilidade.
Em seu novo estudo, os pesquisadores começaram a desenvolver nanopartículas lipídicas que poderiam atingir os pulmões. As partículas são compostas de moléculas que contêm duas partes: um grupo de cabeça carregado positivamente e uma longa cauda lipídica. A carga positiva do headgroup ajuda as partículas a interagir com o mRNA carregado negativamente e também ajuda o mRNA a escapar das estruturas celulares que engolem as partículas assim que elas entram nas células.
A estrutura da cauda lipídica, por sua vez, ajuda as partículas a passar pela membrana celular. Os pesquisadores criaram 10 estruturas químicas diferentes para as caudas lipídicas, juntamente com 72 headgroups diferentes. Ao rastrear diferentes combinações dessas estruturas em camundongos, os pesquisadores conseguiram identificar aquelas com maior probabilidade de atingir os pulmões.
Em testes adicionais em camundongos, os pesquisadores mostraram que poderiam usar as partículas para fornecer componentes CRISPR/Cas9 que codificam mRNA, projetados para cortar um sinal de parada que foi geneticamente codificado nas células pulmonares dos animais. Quando esse sinal de parada é removido, um gene para uma proteína fluorescente é ativado. A medição desse sinal fluorescente permite que os pesquisadores determinem qual porcentagem das células expressaram com sucesso o mRNA.
Após uma dose de mRNA, cerca de 40% das células epiteliais do pulmão foram transfectadas, descobriram os pesquisadores. Duas doses elevaram o nível para mais de 50% e três doses para 60%. Os alvos mais importantes para o tratamento de doenças pulmonares são dois tipos de células epiteliais chamadas células club e células ciliadas, e cada uma delas foi transfectada em cerca de 15 por cento.
“Isso significa que as células que conseguimos editar são realmente as células de interesse para doenças pulmonares”, diz Li. “Esse lipídio pode nos permitir entregar o mRNA ao pulmão com muito mais eficiência do que qualquer outro sistema de entrega relatado até agora”.
As novas partículas também se decompõem rapidamente, permitindo que sejam eliminadas do pulmão em poucos dias e reduzindo o risco de inflamação. As partículas também podem ser entregues várias vezes ao mesmo paciente se forem necessárias doses repetidas. Isso lhes dá uma vantagem sobre outra abordagem de entrega de mRNA, que usa uma versão modificada de adenovírus inofensivos. Esses vírus são muito eficazes na entrega de RNA, mas não podem ser administrados repetidamente porque induzem uma resposta imune no hospedeiro.
Para entregar as partículas neste estudo, os pesquisadores usaram um método chamado instilação intratraqueal, que é frequentemente usado como uma forma de modelar a entrega de medicamentos aos pulmões. Eles agora estão trabalhando para tornar suas nanopartículas mais estáveis, para que possam ser aerossolizadas e inaladas usando um nebulizador.
Os pesquisadores também planejam testar as partículas para entregar o mRNA que poderia corrigir a mutação genética encontrada no gene que causa a fibrose cística, em um modelo de camundongo da doença. Eles também esperam desenvolver tratamentos para outras doenças pulmonares, como a fibrose pulmonar idiopática, bem como vacinas de mRNA que possam ser entregues diretamente nos pulmões.
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Fonte: https://www.eurekalert.org/news-releases/984267
