Die Gentherapie ist eine potenzielle Behandlungsmethode für eine Vielzahl von Krankheiten, die durch genetische Mutationen verursacht werden. Obwohl es ein Bereich vielfältiger und intensiver Forschung war, wurden in der Vergangenheit nur sehr wenige Patienten mit Gentherapie behandelt – und noch weniger geheilt. Das Aufkommen der genetischen Modifikationstechnik namens CRISPR-Cas9 im Jahr 2012 hat die Gentherapie – wie auch die Biologie insgesamt – revolutioniert und wurde kürzlich in klinische Studien zur Behandlung einiger Krankheiten beim Menschen aufgenommen.
Haruno Onuma, Yusuke Sato und Hideyoshi Harashima von der Universität Hokkaido haben ein neues Abgabesystem für CRISPR-Cas9 entwickelt, das auf Lipid-Nanopartikeln (LNPs) basiert und die Effizienz der In-vivo-Gentherapie erheblich steigern könnte. Ihre Ergebnisse wurden in der veröffentlicht Zeitschrift für kontrollierte Freisetzung.
„Es gibt im Großen und Ganzen zwei Möglichkeiten, Krankheiten mit Gentherapie zu behandeln“, erklärte Sato, „ex vivo, wo Zellen im Labor den gewünschten Modifikationen unterzogen und dann in den Patienten eingeführt werden, und in vivo, wo die Behandlung dem verabreicht wird Patienten, die Zellen in ihrem Körper zu verändern. Eine sichere und wirksame In-vivo-Behandlung ist das ultimative Ziel der Gentherapie, da sie ein unkomplizierter Prozess für Patienten und Gesundheitsdienstleister wäre. LNPs können als Vehikel für die sichere und wirksame Bereitstellung solcher fungieren Therapien.“
CRISPR-Cas9 besteht aus einem großen Molekül, das aus dem Cas9-Protein und der Leit-RNA besteht. Die Leit-RNA bindet an eine spezifische, komplementäre DNA-Sequenz, und das Cas9-Protein schneidet diese Sequenz, wodurch sie modifiziert werden kann. Die Leit-RNA kann verändert werden, um auf spezifische zu modifizierende DNA-Sequenzen abzuzielen.
„In einer früheren Studie haben wir entdeckt, dass zusätzliche DNA-Moleküle, sogenannte ssODNs, dafür sorgen, dass das CRISPR-Cas9-Molekül in die LNPs (CRISPR-LNPs) geladen wird“, erläuterte Harashima. „In dieser Studie haben wir wieder ssODNs verwendet, aber sie wurden sorgfältig entworfen, damit sie die Funktion der Leit-RNA nicht hemmen.“
Unter Verwendung einer Leit-RNA, die auf die Expression eines Proteins namens Transthyretin abzielt, bewerteten sie die Wirksamkeit der CRISPR-LNPs in Mausmodellen. CRISPR-LNPs mit ssODNs, die bei Raumtemperatur von der Leit-RNA dissoziiert waren, waren am effektivsten bei der Senkung des Serum-Transthyretins: Zwei aufeinanderfolgende Dosen im Abstand von einem Tag reduzierten es um 80 %.
„Wir haben die optimale Affinität der ssODN-Sequenz gezeigt, die die Beladung und Freisetzung von CRISPR-Cas9 am Zielort gewährleistet, und dass dieses System zur Bearbeitung von Zellen in vivo verwendet werden kann“, schloss Onuma. „Wir werden das Design von ssODNs weiter verbessern und optimale Lipidformulierungen entwickeln, um die Wirksamkeit der Abgabe zu erhöhen.“
Mehr Informationen:
Haruno Onuma et al, Lipid-Nanopartikel-basierte Ribonukleoprotein-Lieferung für die In-vivo-Genombearbeitung, Zeitschrift für kontrollierte Freisetzung (2023). DOI: 10.1016/j.jconrel.2023.02.008