Lipid-Nanopartikel-Forschung nähert sich genetischen Behandlungen für erbliche Lungenerkrankungen und Sehverlust

Forscher, die mit winzigen Wirkstoffträgern, sogenannten Lipid-Nanopartikeln, arbeiten, haben eine neue Art von Material entwickelt, das die Lunge und die Augen erreichen kann – ein wichtiger Schritt in Richtung Gentherapie für Erbkrankheiten wie Mukoviszidose und angeborenen Sehverlust.

Die Ergebnisse der von Gaurav Sahay und Yulia Eygeris vom Oregon State University College of Pharmacy und Renee Ryals von der Oregon Health & Science University geleiteten Studie waren veröffentlicht heute in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Im Gegensatz zu anderen Arten von Lipid-Nanopartikeln, die sich tendenziell in der Leber ansammeln, sind diejenigen in dieser Studie, die auf der Verbindung Thiophen basieren, in der Lage, ihren Weg zu den Geweben der Lunge und der Netzhaut zu finden, wo sie ihre therapeutische Wirkung abgeben. Die Forscher bezeichnen diese neuen Lipide als Thio-Lipide.

Die Zusammenarbeit demonstrierte anhand von Tiermodellen die Möglichkeit, Thio-Lipide in Lipid-Nanopartikeln zur Bereitstellung von Messenger-RNA zu verwenden, der Technologie, die COVID-19-Impfstoffen zugrunde liegt, um genetische Blindheit und Lungenerkrankungen zu bekämpfen.

„Diese mit Fettlipiden gefüllten Nanopartikel können genetische Medikamente wie mRNA und CRISPR-Cas9-Geneditoren einkapseln, die zur Behandlung und sogar Heilung seltener genetischer Krankheiten eingesetzt werden können“, sagte Eygeris, ein leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter an der OSU. „Die chemischen Strukturen der Lipide bestimmen, wie wirksam die Lipid-Nanopartikel sind und welches Organ sie aus dem Blutkreislauf erreichen können.“

Lipide sind organische Verbindungen mit Fettschwänzen und kommen in vielen natürlichen Ölen und Wachsen vor. Nanopartikel sind winzige Materialstücke mit einer Größe von einem bis zu einem Hundertmilliardstel Meter. Messenger-RNA übermittelt den Zellen Anweisungen zur Herstellung eines bestimmten Proteins.

Bei den Coronavirus-Impfstoffen weist die von den Lipid-Nanopartikeln getragene mRNA die Zellen an, ein harmloses Stück des Spike-Proteins des Virus herzustellen, das eine Immunantwort des Körpers auslöst.

Als Therapie für Sehstörungen aufgrund einer angeborenen Netzhautdegeneration würde die mRNA Zellen in der Netzhaut – die aufgrund einer genetischen Mutation nicht richtig funktionieren – anweisen, die für das Sehvermögen erforderlichen Proteine ​​herzustellen. Die angeborene Netzhautdegeneration, allgemein als IRD abgekürzt, umfasst eine Gruppe von Erkrankungen unterschiedlicher Schwere und Prävalenz, von denen weltweit einer von paar tausend Menschen betroffen ist.

Ein Beispiel für eine genetische Lungenerkrankung ist Mukoviszidose, eine fortschreitende Erkrankung, die zu einer anhaltenden Lungeninfektion führt und von der 30.000 Menschen in den USA betroffen sind. Jedes Jahr werden etwa 1.000 neue Fälle diagnostiziert.

Ein fehlerhaftes Gen – der Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) – verursacht die Krankheit, die durch Dehydrierung der Lunge und Schleimbildung gekennzeichnet ist, die die Atemwege blockiert.

Die Thiophen-basierte Lipid-Nanopartikel-Studie, an der Mäuse und nichtmenschliche Primaten teilnahmen, geht auf ein Projekt zurück, das sich mit den Einschränkungen befasst, die mit dem derzeit primären Transportmittel für die Genbearbeitung verbunden sind: einem Virustyp, der als Adeno-assoziiertes Virus oder AAV bekannt ist.

„AAV hat im Vergleich zu Lipid-Nanopartikeln eine begrenzte Verpackungskapazität und kann eine Reaktion des Immunsystems auslösen“, sagte Sahay, Professor für pharmazeutische Wissenschaften. „Außerdem funktioniert es nicht besonders gut, wenn es darum geht, weiterhin die Enzyme zu exprimieren, die das Bearbeitungswerkzeug als molekulare Schere verwendet, um Schnitte in der zu bearbeitenden DNA vorzunehmen.“

Sahay bezeichnet die Thio-Lipid-Ergebnisse als „höchst ermutigend“, sagt jedoch, dass weitere Studien erforderlich seien, einschließlich der Erforschung der langfristigen Auswirkungen der Lipide auf die Gesundheit der Netzhaut.

„Aber wir glauben, dass unsere Ergebnisse als Machbarkeitsnachweis dienen und wir werden Thio-Lipide weiterhin für mögliche Behandlungen genetischer Lungen- und Netzhauterkrankungen erforschen“, sagte er.

Weitere Forscher des OSU College of Pharmacy, die an der Studie beteiligt waren, waren Mohit Gupta, Jeonghwan Kim, Antony Jozic, Milan Gautam, Jonas Renner, Dylan Nelson und Elissa Bloom.