Τα Λιπιδικά Νανοσωματίδια Διευκολύνουν την Επεξεργασία Γονιδίων στον Πνεύμονα

Πώς τα Λιπιδικά Νανοσωματίδια Διευκολύνουν την Επεξεργασία Γονιδίων στον Πνεύμονα

Recently, some advanced gene editing therapies have been approved, ιδιαίτερα για αιματικές παθήσεις όπως η δρεπανοκυτταρική αναιμία. In theory, this opens the door to a lot more gene therapies, especially for rare and/or incurable diseases.

Στην πράξη, αυτό δεν είναι τόσο απλό, καθώς η τεχνολογία γονιδιακής επεξεργασίας πρέπει πρώτα να φτάσει στα σωστά όργανα και να έχει επαρκή ποσοστό μετασχηματισμού ώστε αρκετά κύτταρα του οργάνου να τροποποιηθούν. Αυτό σημαίνει ότι ένας άλλος τρόπος βελτίωσης των γονιδιακών θεραπειών δεν είναι μέσω καλύτερων συστημάτων επεξεργασίας, όπως το CRISPR, αλλά μέσω καλύτερων συστημάτων παράδοσης του προϊόντος γονιδιακής επεξεργασίας.

This is what researchers at the Oregon State University and the University of Helsinki (Finland) have been working on. They published their latest results in Nature Communication¹, under the title “Σύνθεση ιονιζήσιμων λιποπολυμερών με χρήση της αντίδρασης split-Ugi για πνευμονική παράδοση διαφόρων μεγεθών RNAs και γονιδιακής επεξεργασίας”.

Προκλήσεις και Προσεγγίσεις στην Παράδοση Γονιδίων

The idea of delivering genetic material to human cells for gene therapies is not a recent one, with tentative to do so ongoing since the 1980s. It has however been of limited success until recently, due to a conjunction of several reasons:

• Δυσκολίες στην ενσωμάτωση του γενετικού υλικού στον πυρήνα των κυττάρων.
• Δυσκολίες στο στοχευμένο ενσωματωμένο του γονιδίου, προκαλώντας ανεπιθύμητες μεταλλάξεις και απρόβλεπτα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης.
• Προβλήματα στη διέλευση του γενετικού υλικού μέσω της κυτταρικής μεμβράνης.

The first two issues have been progressively getting better, even if still not entirely solved, thanks to technology like CRISPR that can direct genetic modification toward the cell nucleus and precisely edit a given part of the genome.

Η παράδοση του γενετικού υλικού αποτελεί πιο δύσκολο πρόβλημα. Ιστορικά, χρησιμοποιούνταν τροποποιημένα ιικά σωματίδια ή ηλεκτρικό σοκ για τη μεταβολή του κυττάρου.

Μια πιο σύγχρονη προσέγγιση είναι η χρήση μηχανικά σχεδιασμένων λιπιδικών σωματιδίων που ενσωματώνουν τη θεραπεία, λόγω της ικανότητάς τους να συγχωνεύονται με τη μεμβράνη του κυττάρου. Αυτό είναι ιδιαίτερα ο τρόπος με τον οποίο τα περισσότερα εμβόλια mRNA που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της πανδημίας Covid παρέδωσαν το φορτίο mRNA.

Αυτά τα σωματίδια πρέπει επίσης να περιέχουν χημικές μοτίβες που προστατεύουν τα μόρια mRNA από συστηματική αποδόμηση και διευκολύνουν την έξοδο του mRNA από το ενδοσώμα, ώστε να επιτρέπεται η αποτελεσματική μετάφραση του mRNA σε λειτουργικές πρωτεΐνες εντός των κυττάρων.

Μέχρι τώρα, μοναδικές μέθοδοι παράδοσης πρέπει να σχεδιάζονται για κάθε νέα θεραπεία, βελτιστοποιημένες για ένα συγκεκριμένο μέγεθος mRNA ή DNA, καθώς και για τα στοχευμένα κύτταρα και οργανισμό. Αυτό αποτελεί εμπόδιο στην ανάπτυξη νέων θεραπειών, καθώς και σημαντικό ρυθμιστικό βάρος στην έγκριση νέων φαρμάκων.

Μία Νέα Χημεία Πολυμερών για Ασφαλέστερη Παράδοση Γονιδίων

Polyethylene imine (PEI) is a chemical that has been used for gene delivery from lipid capsules in research before, thanks to its good performance in delivering genetic material. But it can also be toxic to cells, limiting its practical applications outside of cultured cells and for human medicine.

Οι ερευνητές προσπάθησαν να λύσουν αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας την λεγόμενη “πολυσυστατική αντίδραση Ugi” για να τροποποιήσουν τη χημική δομή της PEI προσθέτοντας άλλες χημικές ουσίες στο πολυμερές.

Πηγή: Nature Communications

This method can be used to create not just one type of modified PEI but an entire library of modified polymers that can then be tested for cell toxicity and gene editing potential.

This library was then tested for genetic transformation efficiency in vitro on human cells.

Πηγή: Nature Communications

Ανακάλυψη των Πιο Αποτελεσματικών Πολυμερών Παράδοσης Γονιδίων

Βελτιστοποίηση της Δομής του Πολυμερού για τη Γονιδιακή Επεξεργασία

The research found there is a sweet spot regarding the mass of the polymer (molar mass): too high, and the mRNA is not released into the cell; too low, and particle stability was not good enough.

Άλλες χημικές χαρακτηριστικές αποδείχθηκαν ωφέλιμες, όπως υψηλότερη πυκνότητα τροποποίησης, η παρουσία επαρκώς υδρόφοβων ομάδων και τριτογενών αμινικών ομάδων.

This led to singling out a specific polymer formula with promising transfection performance, U155.

Πηγή: Nature Communications

Νανοσωματίδια U155 σε Ζωντανά Ζωικά Μοντέλα

The next step was moving from cell cultures to a full organism, in this case, mice.

The efficiency of U155 was tested against a known in‑vivo PEI‑based gene editing procedure, JetPEI®, commercialized by Sartorius (SRT.DE).

“Δείχνουμε μια πολλαπλή αύξηση της εν‑ζωντανής παράδοσης mRNA στους πνεύμονες μέσω συστηματικής χορήγησης σε σύγκριση με το παραδοσιακό πρότυπο διατύπωση PEI.

Το σήμα βιοφωταύγειας υπερέβη το in vivo JetPEI® στην ίδια δόση (5 μg mRNA ανά ποντίκι) κατά 50 φορές.”

Once the general principle of U155 efficiency had been tested in vivo, the next step was to deploy it in a way that would mimic how a real gene therapy would work. Delivery to the lung, an organ notoriously difficult to treat with gene editing, was chosen.

Τα υβριδικά πολυμερές‑λιπιδικά νανοσωματίδια U155, αναμειγμένα με μια χημική ουσία που ονομάζεται DSPG και άλλες, χρησιμοποιήθηκαν για τη βελτιστοποίηση των νανοσωματιδίων για τις συνθήκες στους πνεύμονες.

Πηγή: Nature Communications

“Η προεπεξεργασία αύξησε την έκφραση στους πνεύμονες περίπου 2 φορές σε σύγκριση με το τυπικό σχήμα.”

Δοκιμές Φλεγμονής και Τοξικότητας

Another critical step is being sure the new particles are not just efficient at gene editing in the lung, but safe and not causing unwanted side effects. Notably, acute lung inflammation is a known risk for such treatment.

Δειγματοληπτικά ιστολογικά δείγματα πνεύμονα που ελήφθησαν 24 ώρες μετά την ένεση 5 µg νανοσωματιδίων, δεν αποκάλυψαν στατιστικά σημαντική διαφορά στην εισχώρηση ανοσοκυττάρων μεταξύ των ζώων που έλαβαν U155 και εκείνων που έλαβαν PBS, και δεν έδειξαν σημάδια βλάβης ιστού.

Πηγή: Nature Communications

Θεραπευτικά Οφέλη: Καρκίνος του Πνεύμονα και Κυστική Φυτική

If safe and performing gene editing, the logical conclusion is that such a product should be helpful for treating actual diseases. This was the next step checked by the researchers, using a mouse model of lung cancer, and delivery of a mRNA coding for the protein interleukin-12 (IL-12).

Τα ποντίκια που έλαβαν ένεση U155 παρουσίασαν πολύ μεγαλύτερο ποσοστό επιβίωσης, και η ανάπτυξη του όγκου επιβραδύνθηκε σημαντικά.

Πηγή: Nature Communications

The treatment could also be repeated without negative side effects or loss of efficiency.

Η συγκέντρωση του κυτοκίνης IL-12 ήταν περίπου η ίδια μετά την πρώτη και τη δεύτερη δόση, επιβεβαιώνοντας ξανά την αποτελεσματικότητα της πλατφόρμας μας για πολλαπλές χορηγίες.

Larger genetic sequences were also tested, in order to check the validity of this technology for a broader spectrum of possible gene editing.

Οι ερευνητές εξέτασαν ειδικά την παράδοση του mRNA CFTR (6132 β), μια πιθανή θεραπευτική προσέγγιση για τη κυστική ίνωση, μια θανατηφόρα γενετική ασθένεια.

Δεν μόνο το γονίδιο εκφράστηκε καλά στα θεραπευμένα ποντίκια, αλλά η δραστικότητα της πρωτεΐνης δοκιμάστηκε επίσης και βελτιώθηκε με τη θεραπεία.

Πηγή: Nature Communications

Τέλος, αποδείχθηκε ότι το U155 μπορεί επίσης να παραδώσει αποτελεσματική θεραπεία CRISPR‑Cas9 στους πνεύμονες και τα ανοσοκύτταρα, επιδεικνύοντας περαιτέρω το δυναμικό αυτών των νανοσωματιδίων για γονιδιακή επεξεργασία.

Πηγή: Nature Communications

Συμπέρασμα: Μία Νέα Εποχή για την Επεξεργασία Γονιδίων στον Πνεύμονα;

U155, and potentially other similar lipid nanoparticles, could be a game changer in gene editing for organs that have been so far hard to reach with gene editing technology.

Σε συνδυασμό με την ταχεία πρόοδο στην τεχνολογία CRISPR και άλλες μεθόδους γονιδιακής επεξεργασίας, όπως η τεχνολογία mRNA, αυτό θα μπορούσε να επιταχύνει την τάση χρήσης γονιδιακής θεραπείας για μόνιμη θεραπεία ανίατων ασθενειών, αντί μόνο για την αντιμετώπιση των συμπτωμάτων.

Πιθανότατα, το τελικό σημείο αυτών των τεχνολογιών δεν είναι μόνο η ακριβής ακρίβεια σχετικά με το τμήμα του γονιδιώματος που επεξεργάζεται, αλλά και τα προσαρμοσμένα νανοσωματίδια που προσαρμόζονται σε κάθε στοχευόμενο όργανο και κάθε γενετικό φορτίο.

Επένδυση στη Γονιδιακή Επεξεργασία

Vertex Pharmaceuticals

Η Vertex είναι η ηγέτιδα στην αντιμετώπιση της κυστικής ίνωσης, μιας θανατηφόρας γενετικής ασθένειας, με 4 διαφορετικές θεραπείες που στοχεύουν διαφορετικά προφίλ ασθενών. Για ασθενείς που δεν μπορούν να θεραπευτούν με τις τρέχουσες θεραπείες, η Vertex διαθέτει φάρμακο σε φάση III κλινικών δοκιμών, το Vanzacaftor. Αναπτύσσουν επίσης γονιδιακή θεραπεία για την κυστική ίνωση χρησιμοποιώντας τεχνολογία mRNA.

Η εστίαση σε πνευμονικές ασθένειες, ιδιαίτερα στην κυστική ίνωση, καθιστά τη Vertex μια εταιρεία που θα μπορούσε να ωφεληθεί σημαντικά από καλύτερα νανοσωματίδια για την γονιδιακή επεξεργασία στον πνεύμονα.

Συνολικά, η Vertex είναι πολύ εστιασμένη στην Έ&Κ;Α, με το 70 % των λειτουργικών εξόδων και το 3/5^th των εργαζομένων αφιερωμένα στην εύρεση νέων φαρμάκων και θεραπειών.

Τώρα επεκτείνεται γρήγορα από μια πρώην startup και ειδικό στην κυστική ίνωση σε μια ισχυρή φαρμακευτική εταιρεία με έμφαση σε σπάνιες ασθένειες, ιδιαίτερα σε νεφρικές παθήσεις.

Πηγή: Vertex

Εκτός από σπάνιες ασθένειες, η Vertex εργάζεται επίσης σε μια θεραπεία τύπου 1 διαβήτη με το πρόγραμμα της που ονομάζεται Zimislecel (πρώην VX-880). Η ιδέα είναι η ένεση κυττάρων που παράγουν ινσουλίνη και η χρήση φαρμάκου κατά της απόρριψης για να διασφαλιστεί ότι τα ανοσοκύτταρα δεν επιτίθενται στα μεταμοσχευμένα κύτταρα.

Μια δεύτερη προσέγγιση ενσωματώνει αυτά τα ίδια κύτταρα σε μια συσκευή που θα εμφυτεύεται χειρουργικά στο σώμα. Αυτές οι συσκευές σχεδιάζονται με σκοπό την προστασία των κυττάρων από το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος και την κατάργηση της ανάγκης για φάρμακο κατά της απόρριψης.

Η Vertex επίσης είδε το μη-οπιούχο φάρμακο για τον πόνο Journavx να εγκρίνεται τον Ιανουάριο του 2025, με 20.000 συνταγές να έχουν ήδη εκτελεστεί τρεις μήνες αργότερα.

Πηγή: Vertex

Η Vertex επίσης κατέχει το δικαίωμα εμπορευματοποίησης και κατασκευής του Casgevy, της πρώτης εγκεκριμένης παγκοσμίως θεραπείας γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR/Cas9, που αναπτύχθηκε σε συνεργασία με την CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Ακολουθήστε τον σύνδεσμο για πλήρη αναφορά σχετικά με την CRISPR Therapeutics)

Η Vertex μπορεί να βασιστεί στη σταθερή της πηγή εσόδων από την ηγετική της θέση στην κυστική ίνωση (μια σπάνια ασθένεια που ήταν αθεράπευτη πριν από την επιτυχία της Vertex) για τη χρηματοδότηση όλης της επέκτασής της σε νέους θεραπευτικούς τομείς.

Θα πρέπει επίσης να ωφεληθεί από την πρόσφατη έγκριση της γονιδιακής θεραπείας Exa‑cel CRISPR για αιματικές ασθένειες, του Journavx για τον πόνο, και του Zimislecel για τον διαβήτη.

Μακροπρόθεσμα, η μεγαλύτερη επίδραση στα οικονομικά της εταιρείας θα προέρχεται από την ενδεχόμενη εμπορική επιτυχία του Journavx, που θα φτάσει τους 80+ εκατομμύρια δυνητικούς ασθενείς, μια μόνιμη θεραπεία τύπου 1 διαβήτη χωρίς ανάγκη φαρμάκου κατά της απόρριψης, μαζί με μια μόνιμη γονιδιακή θεραπεία για την κυστική ίνωση.

Τελευταία Νέα και Εξελίξεις για τις Μετοχές της Vertex (VRTX)

Αναφορά Μελέτης

^{1. Vlasova, K.Y., Kerr, A., Pennock, N.D. et al.Σύνθεση ιονιζήσιμων λιποπολυμερών με χρήση της αντίδρασης split‑Ugi για πνευμονική παράδοση διαφόρων μεγεθών RNAs και γονιδιακής επεξεργασίας. Nat Communication16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}