Les petites molécules d’ARN interférents (siARN) recèlent un immense potentiel pour traiter des maladies en faisant taire des gènes spécifiques. Encapsulé dans des nanoparticules lipidiques (LNP), le siARN peut être délivré efficacement aux cellules cibles.
Cependant, l’efficacité de ces thérapies dépend de la structure interne des LNP, qui peut avoir un impact significatif sur leur capacité à délivrer des siARN. Les méthodes traditionnelles ne parviennent souvent pas à fournir les informations moléculaires détaillées nécessaires pour affiner la conception des LNP pour une efficacité thérapeutique optimale.
Une étude publiée dans le Journal de libération contrôlée le 2 août 2024, dirigé par le professeur adjoint Keisuke Ueda de l’École supérieure des sciences pharmaceutiques de l’Université de Chiba, introduit une nouvelle approche pour améliorer les LNP chargés d’ARNsi.
En utilisant la caractérisation au niveau moléculaire basée sur la RMN, la recherche étudie comment différentes méthodes de mélange de siARN affectent l’uniformité et l’état moléculaire des siARN dans les LNP.
La recherche a été co-écrite par le Dr Hidetaka Akita de la Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Tohoku University ; Dr Kenjirou Higashi de l’École supérieure des sciences pharmaceutiques de l’Université de Chiba ; et le Dr Kunikazu Moribe (dernier auteur) de la Graduate School of Pharmaceutical Sciences de l’Université de Chiba.
« La RMN nous a permis d’observer l’intérieur de ces nanoparticules à un niveau moléculaire, révélant les détails complexes de la façon dont les siARN sont distribués dans le noyau du LNP. Ce niveau de connaissance est crucial pour comprendre et optimiser les formulations du LNP », a déclaré le Dr Ueda.
L’équipe a comparé trois méthodes de préparation de LNP chargés d’ARNsi afin de comprendre leur impact sur la structure moléculaire et l’efficacité du silençage des gènes. Les méthodes comprenaient un pré-mélange, où les siARN et les lipides étaient combinés à l’aide d’un mélangeur microfluidique ; post-mélange (A), où le siARN a été mélangé avec des LNP vides dans des conditions acides avec de l’éthanol ; et post-mélange (B), où le siARN a été mélangé avec des LNP vides dans des conditions acides sans éthanol.
Alors que les trois méthodes produisaient des LNP d’une taille constante d’environ 50 nm et maintenaient un rapport constant entre la teneur en siARN et en lipides, la distribution des siARN au sein des LNP variait considérablement. La méthode de pré-mélange, où les siARN et les lipides sont mélangés simultanément, a abouti à une distribution plus uniforme des siARN au sein des LNP.
En revanche, la méthode de post-mélange, dans laquelle les siARN sont ajoutés aux LNP préformés, a conduit à une distribution hétérogène avec des régions de concentration élevée et faible en siARN.
« Cette hétérogénéité peut avoir un impact significatif sur l’effet d’inactivation du siARN. Les LNP avec une distribution plus uniforme des siARN sont plus susceptibles de délivrer efficacement leur charge thérapeutique aux cellules cibles. Cela met en évidence la nécessité cruciale d’optimiser les conditions de préparation pour améliorer les résultats thérapeutiques », explique le Dr. .Uéda.
Les résultats indiquent que les LNP pré-mélangées présentent des effets supérieurs de silençage génétique. Dans ces LNP, les lipides ionisables étaient plus étroitement associés aux siARN, formant une structure bicouche empilée qui améliorait l’inactivation des gènes.
En revanche, les LNP post-mélangés présentaient une structure plus hétérogène, ce qui entravait probablement leur capacité à fusionner avec les membranes cellulaires et réduisait leur efficacité thérapeutique.
« Cette recherche pourrait améliorer la vie des gens en améliorant les thérapies géniques et les médicaments à base d’ARN. En optimisant la façon dont les siARN sont délivrés à l’aide de nanoparticules lipidiques (LNP), les traitements de maladies comme le cancer, les troubles génétiques et les infections virales pourraient devenir plus efficaces. De plus, il pourrait améliorer l’efficacité et la sécurité des vaccins à ARN, comme ceux utilisés pour le COVID-19, en les rendant plus stables et en réduisant les effets secondaires. Dans l’ensemble, cette étude a le potentiel de conduire à des traitements plus efficaces et plus sûrs pour les patients », ajoute le Dr. Ueda.
À l’avenir, ces progrès pourraient contribuer au développement d’une médecine plus personnalisée, avec des traitements adaptés à chaque patient. Des systèmes améliorés d’administration de médicaments pourraient également réduire les coûts et accroître l’accès aux thérapies innovantes, bénéficiant ainsi à une population plus large.
Plus d’informations :
Keisuke Ueda et al, analyse basée sur la RMN de l’impact des conditions de mélange des siARN sur la structure interne du LNP chargé de siARN, Journal de libération contrôlée (2024). DOI : 10.1016/j.jconrel.2024.07.055