Nanopartikel Lipid Mempermudah Penyuntingan Gen Paru

Bagaimana Nanopartikel Lipid Memungkinkan Penyuntingan Gen Paru

Baru-baru ini, sejumlah terapi penyuntingan gen tingkat lanjut telah disetujui, terutama untuk penyakit darah seperti anemia sel sabit. Secara teori, hal ini membuka jalan bagi lebih banyak terapi gen, khususnya untuk penyakit langka dan/atau yang belum dapat disembuhkan.

Dalam praktiknya, hal ini tidak sesederhana itu. Teknologi penyuntingan gen harus terlebih dahulu mencapai organ yang tepat dan memiliki tingkat transformasi yang cukup tinggi agar cukup banyak sel organ tersebut dapat diubah. Artinya, terapi gen dapat ditingkatkan bukan hanya melalui sistem penyuntingan gen yang lebih baik seperti CRISPR, tetapi juga melalui sistem pengantaran produk penyuntingan gen yang lebih baik.

Hal inilah yang diteliti oleh para peneliti di Oregon State University dan University of Helsinki (Finlandia). Mereka menerbitkan hasil terbaru di Nature Communications¹ dengan judul “Sintesis Lipopolimer Terionisasi Menggunakan Reaksi Split-Ugi untuk Pengantaran Berbagai Ukuran RNA ke Paru dan Penyuntingan Gen”.

Tantangan dan Pendekatan dalam Pengantaran Gen

Gagasan untuk mengantarkan materi genetik ke sel manusia bagi terapi gen bukanlah hal baru; berbagai upaya telah dilakukan sejak 1980-an. Namun, hingga belum lama ini keberhasilannya terbatas akibat gabungan beberapa faktor:

• Kesulitan untuk mengintegrasikan materi genetik ke dalam inti sel.
• Kesulitan menargetkan penyisipan gen, yang menyebabkan mutasi tidak diinginkan dan tingkat ekspresi gen yang tidak dapat diprediksi.
• Masalah dalam melewati membran sel oleh materi genetik.

Dua masalah pertama telah berangsur membaik, meski belum sepenuhnya teratasi, berkat teknologi seperti CRISPR yang dapat mengarahkan modifikasi genetik ke inti sel dan menyunting bagian genom tertentu secara presisi.

Pengantaran materi genetik merupakan masalah yang lebih sulit dipecahkan. Secara historis, partikel virus yang dimodifikasi atau kejutan listrik digunakan untuk mengubah sel.

Pendekatan yang lebih modern menggunakan partikel lipid yang direkayasa untuk membungkus terapi karena partikel tersebut dapat menyatu dengan membran sel. Cara inilah yang digunakan sebagian besar vaksin mRNA selama pandemi Covid untuk mengantarkan muatan mRNA-nya.

Partikel-partikel ini juga harus mengandung motif kimia yang melindungi molekul mRNA dari penguraian sistemik dan membantu mRNA keluar dari endosom, sehingga mRNA dapat diterjemahkan secara efisien menjadi protein fungsional di dalam sel.

Sejauh ini, setiap terapi baru memerlukan metode pengantaran tersendiri yang dioptimalkan untuk ukuran tertentu dari materi mRNA atau DNA serta sel dan organisme sasaran. Hal ini menghambat pengembangan terapi baru dan juga menimbulkan beban regulasi yang sangat besar dalam persetujuan pengobatan baru.

Kimia Polimer Baru untuk Pengantaran Gen yang Lebih Aman

Polietilenaimina (PEI) adalah bahan kimia yang sebelumnya digunakan dalam penelitian untuk mengantarkan gen dari kapsul lipid karena kinerjanya yang baik. Namun, PEI juga dapat bersifat toksik bagi sel sehingga membatasi penerapan praktisnya di luar kultur sel dan dalam pengobatan manusia.

Para peneliti berupaya mengatasi masalah tersebut dengan menggunakan apa yang disebut “reaksi multikomponen Ugi” untuk memodifikasi struktur kimia PEI melalui penambahan bahan kimia lain ke polimer.

Sumber: Nature Communications

Metode ini dapat digunakan bukan hanya untuk membuat satu jenis PEI termodifikasi, tetapi juga seluruh pustaka polimer termodifikasi yang selanjutnya dapat diuji untuk mengetahui toksisitas sel dan potensinya dalam penyuntingan gen.

Pustaka tersebut kemudian diuji secara in vitro pada sel manusia untuk mengukur efisiensi transformasi genetiknya.

Sumber: Nature Communications

Menemukan Polimer Pengantaran Gen Paling Efektif

Mengoptimalkan Struktur Polimer untuk Penyuntingan Gen

Penelitian menemukan adanya titik optimal untuk massa polimer (massa molar): jika terlalu tinggi, mRNA tidak dilepaskan ke dalam sel; jika terlalu rendah, stabilitas partikelnya tidak memadai.

Karakteristik kimia lain juga terbukti bermanfaat, seperti kepadatan modifikasi yang lebih tinggi, keberadaan gugus yang cukup hidrofobik, dan gugus amina tersier.

Temuan ini mengarah pada pemilihan formula polimer tertentu dengan kinerja transfeksi yang menjanjikan, yaitu U155.

Sumber: Nature Communications

Nanopartikel U155 dalam Model Hewan Hidup

Langkah berikutnya adalah beralih dari kultur sel ke organisme utuh, yaitu tikus.

Efisiensi U155 dibandingkan dengan prosedur penyuntingan gen berbasis PEI in vivo yang telah dikenal, JetPEI®, yang dipasarkan oleh Sartorius (SRT.DE).

“Kami menunjukkan peningkatan beberapa kali lipat dalam pengantaran mRNA in vivo ke paru melalui pemberian sistemik dibandingkan formulasi PEI tradisional.

Sinyal bioluminesensi 50 kali lebih kuat daripada JetPEI® in vivo pada dosis yang sama (5 μg mRNA per tikus).”

Setelah prinsip umum efisiensi U155 terbukti secara in vivo, langkah berikutnya adalah menerapkannya dengan cara yang menyerupai terapi gen sesungguhnya. Paru dipilih sebagai sasaran karena organ ini terkenal sulit ditangani dengan penyuntingan gen.

Nanopartikel hibrida polimer-lipid U155 dicampur dengan bahan kimia bernama DSPG dan bahan lain untuk mengoptimalkan nanopartikel bagi kondisi di paru.

Sumber: Nature Communications

“Praperlakuan meningkatkan ekspresi di paru sekitar dua kali lipat dibandingkan skema standar.”

Tes Peradangan dan Toksisitas

Langkah penting lainnya adalah memastikan partikel baru tidak hanya efektif menyunting gen di paru, tetapi juga aman dan tidak menimbulkan efek samping yang tidak diinginkan. Peradangan paru akut merupakan salah satu risiko yang diketahui dari pengobatan semacam ini.

Sampel histologis paru yang diambil 24 jam setelah penyuntikan 5 μg nanopartikel tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan secara statistik dalam infiltrasi sel imun antara hewan yang menerima U155 dan hewan yang disuntik PBS, serta tidak menunjukkan tanda-tanda kerusakan jaringan.

Sumber: Nature Communications

Manfaat Terapeutik: Kanker Paru dan Fibrosis Kistik

Jika produk tersebut aman dan mampu melakukan penyuntingan gen, kesimpulan logisnya adalah bahwa produk itu dapat membantu mengobati penyakit nyata. Inilah langkah berikutnya yang diuji para peneliti menggunakan model kanker paru pada tikus dan pengantaran mRNA yang mengode protein interleukin-12 (IL-12).

Tikus yang disuntik U155 menunjukkan masa kelangsungan hidup yang jauh lebih panjang, sedangkan pertumbuhan tumornya melambat secara signifikan.

Sumber: Nature Communications

Pengobatan juga dapat diulang tanpa efek samping negatif atau penurunan efisiensi.

Konsentrasi sitokin IL-12 kurang lebih sama setelah dosis pertama dan kedua, sekali lagi menegaskan efektivitas platform kami untuk pemberian beberapa dosis.

Urutan genetik yang lebih besar juga diuji untuk memeriksa keandalan teknologi ini bagi spektrum penyuntingan gen yang lebih luas.

Para peneliti secara khusus menguji pengantaran mRNA CFTR (6.132 basa), sebuah pendekatan terapi potensial untuk fibrosis kistik, penyakit genetik yang mematikan.

Gen tersebut tidak hanya terekspresi dengan baik pada tikus yang diobati; reaktivitas proteinnya juga diuji dan meningkat berkat pengobatan.

Sumber: Nature Communications

Terakhir, U155 juga terbukti mampu mengantarkan terapi CRISPR-Cas9 secara efisien ke paru dan sel imun, yang semakin menunjukkan potensi nanopartikel ini untuk penyuntingan gen.

Sumber: Nature Communications

Kesimpulan: Era Baru untuk Penyuntingan Gen Paru?

U155, dan kemungkinan nanopartikel lipid serupa lainnya, dapat mengubah secara mendasar penyuntingan gen pada organ-organ yang selama ini sulit dijangkau oleh teknologi tersebut.

Jika dipadukan dengan kemajuan pesat teknologi CRISPR dan metode penyuntingan gen lain seperti teknologi mRNA, pendekatan ini dapat mempercepat penggunaan terapi gen untuk menyembuhkan penyakit yang sebelumnya tidak dapat disembuhkan secara permanen, alih-alih sekadar mengatasi gejalanya.

Kemungkinan besar, tujuan akhir teknologi ini tidak hanya mencakup ketepatan tinggi pada bagian genom yang disunting, tetapi juga nanopartikel khusus yang disesuaikan dengan setiap organ sasaran dan setiap muatan genetik.

Berinvestasi dalam Penyuntingan Gen

Vertex Pharmaceuticals

Vertex adalah pemimpin dalam pengobatan fibrosis kistik, penyakit genetik yang mematikan, dengan empat terapi berbeda yang menyasar profil pasien berbeda. Bagi pasien yang tidak dapat diobati dengan terapi yang tersedia, Vertex memiliki obat bernama Vanzacaftor dalam uji klinis fase III. Perusahaan juga mengembangkan terapi gen untuk fibrosis kistik menggunakan teknologi mRNA.

Fokus pada penyakit paru, khususnya fibrosis kistik, menjadikan Vertex perusahaan yang dapat memperoleh manfaat besar dari nanopartikel yang lebih baik untuk penyuntingan gen paru.

Secara keseluruhan Vertex sangat berfokus pada penelitian dan pengembangan, dengan 70% biaya operasional dan tiga perlima karyawannya didedikasikan untuk menemukan obat dan terapi baru.

Vertex kini berkembang pesat dari perusahaan rintisan dan spesialis fibrosis kistik menjadi perusahaan farmasi besar yang kuat dan berfokus pada penyakit langka, terutama penyakit ginjal.

Sumber: Vertex

Selain penyakit langka, Vertex juga mengembangkan terapi diabetes tipe 1 melalui program bernama Zimislecel (sebelumnya VX-880). Gagasannya adalah menyuntikkan sel penghasil insulin dan menggunakan obat antipenolakan agar sel imun tidak menyerang sel yang ditransplantasikan.

Pendekatan kedua membungkus sel-sel yang sama dalam perangkat yang ditanamkan ke tubuh melalui pembedahan. Perangkat ini dirancang untuk melindungi sel dari sistem imun tubuh dan menghilangkan kebutuhan akan obat antipenolakan.

Vertex juga memperoleh persetujuan pada Januari 2025 untuk obat nyeri non-opioid Journavx; tiga bulan kemudian 20.000 resep telah ditebus.

Sumber: Vertex

Vertex juga memegang hak komersialisasi dan produksi Casgevy, terapi penyuntingan gen CRISPR/Cas9 pertama di dunia yang disetujui, yang dikembangkan bersama CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Ikuti tautan untuk membaca laporan lengkap tentang CRISPR Therapeutics)

Vertex dapat mengandalkan arus pendapatan yang stabil dari posisi terdepannya dalam fibrosis kistik—penyakit langka yang tidak dapat diobati sebelum keberhasilan Vertex—untuk membiayai seluruh ekspansinya ke bidang terapi baru.

Perusahaan juga akan memperoleh manfaat dari persetujuan terbaru terapi gen CRISPR Exa-cel untuk penyakit darah, Journavx untuk nyeri, dan Zimislecel untuk diabetes.

Dalam jangka panjang, dampak terbesar terhadap keuangan perusahaan akan berasal dari potensi keberhasilan komersial Journavx untuk menjangkau lebih dari 80 juta calon pasien, penyembuhan permanen diabetes tipe 1 tanpa obat antipenolakan, serta penyembuhan permanen fibrosis kistik melalui penyuntingan gen.

Berita dan Perkembangan Saham Vertex (VRTX) Terbaru

Studi yang Dirujuk

^{1. Vlasova, K.Y., Kerr, A., Pennock, N.D. et al. Sintesis lipopolimer terionisasi menggunakan reaksi split-Ugi untuk pengantaran berbagai ukuran RNA ke paru dan penyuntingan gen. Nature Communications 16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}