Polymersome liefern effizient siRNA zur Behandlung von Brustkrebs im präklinischen Modell

Kleine interferierende RNAs – oder siRNAs – sind vielversprechend für die Behandlung von Tumoren, da sie in der Lage sind, Onkogene, die das Tumorwachstum fördern, spezifisch auszuschalten, ohne die Toxizität, die mit einer Chemotherapie einhergeht. Die siRNAs benötigen jedoch einen Träger, der sie auf ihrem Weg durch die Blutbahn zum Krebstumor vor Abbau und Beseitigung schützt.

Eugenia Kharlampieva, Ph.D., und Eddy Yang, MD, Ph.D., von der University of Alabama in Birmingham haben ein 100-Nanometer-Polymersom demonstriert, das PARP1-siRNA sicher und effizient zu dreifach negativen Brustkrebstumoren bei Mäusen transportiert. Dort unterdrückte die siRNA die Expression des DNA-Reparaturenzyms PARP1 und führte bemerkenswerterweise dazu, dass Brustkrebs-tragende Mäuse das Überleben vervierfachten.

PARP-Inhibitoren waren erfolgreich bei der Bekämpfung von Tumoren mit Defekten in der DNA-Reparatur und können die tumorimmune Mikroumgebung modulieren. Aufgrund der Knochenmarksuppression war es jedoch eine Herausforderung, viele der PARP-Inhibitoren mit einer Chemotherapie zu kombinieren. Das gezielte Targeting von PARP1 im Tumor könnte neuartige Kombinationsbehandlungen ermöglichen.

„Nach unserem besten Wissen stellt unsere Arbeit das erste Beispiel für biologisch abbaubare, nichtionische Polymer-Nanovesikel dar, die in der Lage sind, PARP1-siRNA effizient einzukapseln und abzugeben, um PARP1 in vivo abzubauen“, berichten sie in der Zeitschrift ACS Applied Bio Materials. „Unsere Studie bietet eine fortschrittliche Plattform für die Entwicklung von zielgerichteten therapeutischen Trägern, die zur Entwicklung wirksamer Nanocarrier für die Arzneimittelabgabe für die Brustkrebs-Gentherapie beitragen könnten.“

Ihr schneller und sicherer Ansatz für die PARP1-siRNA-Verkapselung und -Zuführung zu Brustkrebszellen verwendet polymere Nanovesikel, die aus drei biologisch abbaubaren Blockcopolymeren zusammengesetzt sind, die in einer geraden Kette miteinander verbunden sind. Der erste Block, eine Kette von 14 N-Vinylpyrrolidon-Molekülen, ist mit dem zweiten Block, einer Kette von 47 Dimethylsiloxan-Molekülen, verbunden, und dieser ist mit einem dritten Block einer weiteren 14-Molekül-Kette von N-Vinylpyrrolidon verbunden.

Die UAB-Forscher verwendeten einfache Methoden, die es diesen Blockpolymeren ermöglichen, sich zu Hohlkugel-Polymersomen mit einem Durchmesser von 100 Nanometern zusammenzusetzen, die eine robuste Schalendicke von etwa 13 Nanometern haben. Das Montageverfahren ist für eine Massenproduktion und eine konsistente Qualitätskontrolle geeignet.

Polymersomen, die in Gegenwart von einem mikromolaren PARP1-siRNA zusammengesetzt wurden, waren in der Lage, die RNA in die Nanocarrier zu laden. Als diese in vitro per Ultraschall aufgebrochen wurden, wurde die siRNA unverändert freigesetzt. Die Polymersomen konnten auch mit Cy5.5-Fluoreszenzfarbstoff beladen werden; 18 Stunden nach Injektion der farbstoffbeladenen Nanocarrier in tumortragende Mäuse hatte sich durch passives Targeting Farbstoff in den Tumoren angesammelt.

Das Team testete siRNA-beladene Polymersomen mit HER2-positiven, Trastuzumab-resistenten Brustkrebszellen in Kultur. Sie reduzierten den Proteinspiegel von PARP1 in den Zellen, was ihre Vermehrung hemmte und den NF-κB-Transkriptionsfaktor unterdrückte, ähnlich wie es die Forscher zuvor getan hatten gemeldet mit PARP-Inhibitoren.

Die Forscher waren auch in der Lage, fluoreszierende Farbstoffe kovalent an der Außenseite dieser vielseitigen Nanokapseln anzubringen, und sie schlagen vor, dass Zielmoleküle auf die gleiche Weise hinzugefügt werden können, um das Polymersom in einen Tumor einzubetten.

„Diese nichtionischen, biologisch abbaubaren PVPON14−PDMS47−PVPON14-Nanovesikel, die zur effizienten Verkapselung und Abgabe von PARP1-siRNA in der Lage sind, PARP1 in vivo erfolgreich abzubauen, haben ein starkes Potenzial, eine fortschrittliche Plattform für die Entwicklung von präzisionsgerichteten therapeutischen Trägern zu werden“, sagte Yang genannt. „Sie könnten bei der Entwicklung von hochwirksamen Nanocarriern zur Arzneimittelabgabe für die Brustkrebs-Gentherapie helfen.“

PVPON ist Poly(N-vinylpyrrolidon) und PDMS ist Poly(dimethylsiloxan). Die siRNAs, die die Polymersomen tragen können, sind sehr klein, etwa 21 bis 25 Nukleotide lang, können aber die Expression von Onkogenen durch Abbau ihrer Boten-RNA spezifisch hemmen.