мРНК, или РНК за гласнике, је тип молекула који преноси генетичке информације од ДНК до машинерије за производњу протеина-ће ћелије. Испоруком мРНК у ћелије, можемо их упутити да производе било који протеин који желимо, као што су антитела, ензими, хормони или вакцине. Ово отвара нови свет могућности за лечење различитих болести, од заразних болести до рака.
У овом чланку ћемо вас упознати са основама терапије мРНА, укључујући како функционише, како се прави, како се испоручује и како се примењује. Такође ћемо поделити неке од најновијих достигнућа и изазова у овој узбудљивој области биотехнологије.
Како функционише мРНА терапија?
Терапија мРНА функционише тако што се синтетички молекули мРНК унесу у ћелије, где се преводе у функционалне протеине. У зависности од врсте и намене протеина, терапија мРНК може имати различите ефекте. на пример:
мРНА вакцине могу покренути имуни одговор против специфичног патогена, као што је нови коронавирус који изазива ЦОВИД-19. Испоруком мРНА која кодира вирусни протеин, као што је шиљасти протеин, можемо стимулисати производњу антитела и Т ћелија које могу да препознају и елиминишу вирус.
мРНА антитела могу да обезбеде пасивни имунитет против болести, као што су беснило или ХИВ. Испоруком мРНК која кодира моноклонско антитело, можемо пружити тренутну заштиту од специфичног антигена, без ослањања на сопствени имуни систем тела.
Замена протеина мРНА може обновити функцију протеина који недостаје или је дефектан, као што је фактор ВИИИ код хемофилије или дистрофин код мишићне дистрофије. Испоруком мРНА која кодира нормалну верзију протеина, можемо исправити основни узрок болести и побољшати симптоме.
Уређивање гена мРНА може модификовати геном ћелије, као што је исправљање мутације или уметање новог гена. Испоруком мРНА која кодира програмабилне нуклеазе, као што је ЦРИСПР/Цас9, можемо циљати и уређивати специфичне ДНК секвенце са високом прецизношћу и ефикасношћу.
Како се прави мРНА?
мРНК се прави поступком који се назива ин витро транскрипција (ИВТ), који користи ДНК шаблон и ензим РНК полимеразу за синтетизацију РНК молекула. ДНК шаблон садржи промоторску секвенцу и кодирајућу секвенцу жељеног протеина. РНК полимераза се везује за промотер и транскрибује ДНК у РНК.
Да би се осигурало да је синтетичка мРНА функционална и стабилна у ћелијама, неколико модификација је направљено током или после ИВТ. То укључује:
Покривање: додавање модификованог нуклеотида на 5' крај мРНК да би се заштитио од деградације и побољшала ефикасност транслације. Постоје различите врсте капица, као што су Цап 0, Цап 1 и Цап 2, који се разликују по нивоима метилације.
Полиаденилација: додавање низа аденин нуклеотида на 3' крај мРНК да би се повећала њена стабилност и полуживот-. Дужина поли(А) репа може да варира од 10 до 250 нуклеотида.
Оптимизација: прилагођавање структурних компоненти мРНК, као што су 5' непреведени регион (УТР), 3' УТР и отворени оквир читања (ОРФ), да би се побољшао ниво експресије и активност. Ово може укључивати оптимизацију употребе кодона, увођење функционалних пептида или сигналних секвенци, или додавање само-елемената који се само појачавају.
Модификација: промена хемијске структуре неких нуклеотида у мРНК да би се смањила њена имуногеност и повећала њена стабилност. Ово може укључивати замену уридина псеудоуридином или Н1-метилпсеудоуридином, или додавање метил група на друге позиције.
Како се испоручује мРНА?
Испорука мРНК је један од највећих изазова у терапији мРНК, пошто су молекули мРНК велики, негативно наелектрисани и склони деградацији ензима у биолошким течностима. Због тога се развијају различите врсте носача за заштиту и транспорт мРНК у ћелије. То укључује:
Липидне наночестице (ЛНП): сферичне честице састављене од липида који формирају двослој око молекула мРНА. ЛНП се могу спојити са ћелијским мембранама и ослободити мРНА у цитоплазму. ЛНП се широко користе за испоруку мРНА због своје високе ефикасности и биокомпатибилности. Неки примери ЛНП-а су катјонске чврсте липидне наночестице (СЛН), јонизујуће липидне наночестице (ИЛН) и имуностимулативне наночестице липида (ИСЛН).
Полимерне наночестице (ПНП): сферичне честице састављене од полимера који формирају структуру језгра{0}}љуске око молекула иРНК. ПНП могу ући у ћелије ендоцитозом и побећи из лизозома ефектом протонског сунђера или ензимском деградацијом. ПНП-ови су разноврсни и прилагодљиви за различите апликације. Неки примери ПНП-а су полиетиленимин (ПЕИ), поли(млечна-ко-гликолна киселина) (ПЛГА) и хитозан.
Катјонске наноемулзије (ЦНЕ): капљице уља-у-емулзијама воде које садрже катјонске липиде и сурфактанте. ЦНЕ могу да ступе у интеракцију са ћелијским мембранама и испоруче мРНА у цитоплазму. ЦНЕ се лако припремају и повећавају и могу побољшати имуногеност мРНА вакцина. Неки примери ЦНЕ су ДОТАП/ДОПЕ, ДОТАП/холестерол и ДОТАП/МЦТ.
Други системи за испоруку мРНК: неки други типови носача који су истражени за испоруку иРНК су протамин{0}}кондензована мРНА, егзосоми, екстрацелуларни везикули (ЕВ), мезопорозни силицијум диоксид и калцијум фосфат (ЦаП).
Које су примене терапије мРНА?
Терапија мРНА има потенцијал за лечење широког спектра болести, од заразних болести до метаболичких поремећаја, од рака до кардиоваскуларних болести и од генетских болести до регенеративне медицине. Неке од тренутних и нових примена терапије мРНА су:
мРНА вакцине: мРНА вакцине могу да изазову снажан и специфичан имуни одговор против различитих патогена, као што су САРС-ЦоВ-2, вирус грипа, ХИВ, респираторни синцицијални вирус (РСВ), херпес симплекс вирус (ХСВ), вирус варичела зостер (ВЗВ), хумани цитомегаловирус (ХЦ, вирус беснила). мРНА вакцине имају неколико предности у односу на традиционалне вакцине, као што су брз развој, ниска цена, висока безбедност и лака скалабилност.
Антитела на мРНК: мРНК антитела могу да обезбеде пасивни имунитет против различитих болести, као што су беснило, ХИВ, ебола, зика, антракс и ЦОВИД-19. мРНА антитела имају неколико предности у односу на конвенционална антитела, као што су дуготрајна експресија, ниска имуногеност, висока стабилност и лака примена.
Замена мРНА протеина: Замена протеина мРНА може обновити функцију протеина који недостаје или је дефектан код различитих болести, као што су хемофилија, мишићна дистрофија, цистична фиброза, фенилкетонурија, Фабријева болест, Гошерова болест и Паркинсонова болест. Замена протеина мРНА има неколико предности у односу на протеинску терапију, као што је избегавање имуногености, повећање биодоступности и смањење дозе и учесталости.
Уређивање гена за мРНК: Уређивање гена за мРНА може да модификује геном ћелије код различитих болести, као што су анемија српастих ћелија, бета{0}}таласемија, Хантингтонова болест, Душенова мишићна дистрофија и цистична фиброза. Уређивање гена мРНК има неколико предности у односу на генску терапију засновану на ДНК-, као што је избегавање интеграције у геном домаћина, смањење{3}}ефекта ван циља и повећање специфичности и ефикасности.
мРНА ћелијска терапија: мРНА ћелијска терапија може манипулисати функцијом ћелије у различитим болестима, као што су рак, аутоимуне болести, дијабетес и кардиоваскуларне болести. Ћелијска терапија мРНА има неколико предности у односу на конвенционалну ћелијску терапију, као што је избегавање вирусних вектора, повећање безбедности и свестраности, и олакшавање производње и контроле квалитета.
Који су изазови и могућности терапије мРНА?
Терапија мРНА је обећавајућа и нова област биотехнологије која је показала велики потенцијал у лечењу различитих болести. Међутим, још увек постоје неки изазови и ограничења која треба превазићи пре него што се може широко применити у клиничкој пракси. То укључује:
-Побољшање стабилности и ефикасности испоруке молекула иРНК ин виво
-Смањење имуногености и токсичности мРНА молекула и носача
-Оптимизација нивоа експресије и трајања протеина кодираних иРНК-
-Развијање стандардизованих протокола и мера контроле квалитета за производњу иРНК
-Процена-дугорочне безбедности и ефикасности терапије мРНА код људи
-Упркос овим изазовима, постоје и многе могућности и предности које мРНА терапију чине атрактивном опцијом за будућу медицину. То укључује:
-Искоришћавање флексибилности и разноликости дизајна и синтезе иРНК
-Коришћење инхерентне имуногености и адјувантности молекула иРНК
-Искористити пролазну експресију и реверзибилност протеина кодираних иРНК-
-Истраживање синергијских ефеката комбиновања терапије мРНА са другим модалитетима
-Убрзавање процеса развоја и одобравања мРНА производа
Присис Биотецхнологи, компанија специјализована заистраживања не-примата (НХП).и услуге за развој претклиничких лекова. мРНА терапија, тип молекула који може да упути ћелије да производе било који протеин који желимо, као што су антитела, ензими, хормони или вакцине. Циномолгус мацакуес, врста НХП-а која има много сличности са људима у смислу анатомије, физиологије, имунологије и генетике. Присис биотехнологија у истраживању и развоју мРНА лекова и НХП модели као што следи:
Присис Биотецхнологи има интегрисану платформу НХП ресурса, модела болести и клиничких болница за пружање решења за различите области болести, као што су имунологија, упале, кардиоваскуларне болести, хематологија, јетра, бубрези, плућа и онкологија.
Присис Биотецхнологи нуди опције кооперативног развоја за сарадњу у истраживању и развоју и иновативне технологије као што је 3Д систем квантификације понашања у НХП-у заснован на дубоком учењу{0}}.
Присис Биотецхнологи користи макаке циномолгус као животињски модел за терапију мРНА, који су поузданији и релевантнији од других животињских модела, као што су мишеви или пацови.
Присис Биотецхнологи може тестирати потенцијал и изводљивост терапије мРНА за различите болести мерењем електричне отпорности, магнетних својстава, фармакокинетике, токсичности, имуногености и ефикасности мРНА молекула и носача у НХП.
