Lipidi nanoparticellari rendono più facile l’editing genetico dei polmoni

Come i lipidi nanoparticellari abilitano l’editing genetico dei polmoni

Di recente, alcune terapie di editing genetico avanzate sono state approvate, notably per malattie del sangue come la malattia di sickle cell. In teoria, questo apre la porta a molte più terapie geniche, soprattutto per malattie rare e/o incurabili.

In pratica, non è così semplice, poiché la tecnologia di editing genetico deve prima raggiungere gli organi giusti e avere un tasso di trasformazione sufficientemente alto in modo che Enough delle cellule dell’organo siano modificate. Ciò significa che un altro modo per migliorare le terapie geniche non è attraverso migliori sistemi di editing genetico, come CRISPR, ma attraverso migliori sistemi di consegna del prodotto di editing genetico.

È questo che i ricercatori dell’Università dell’Oregon e dell’Università di Helsinki (Finlandia) hanno lavorato. Hanno pubblicato i loro ultimi risultati in Nature Communication¹, con il titolo “Sintesi di lipopolimeri ionizzabili utilizzando la reazione Ugi divisa per la consegna polmonare di RNAs di varie dimensioni e editing genetico”.

Sfide e approcci alla consegna genetica

L’idea di consegnare materiale genetico alle cellule umane per terapie geniche non è recente, con tentativi in corso dal 1980. Tuttavia, è stato di limitato successo fino a poco tempo fa, a causa di una congiunzione di diverse ragioni:

• Difficoltà a integrare il materiale genetico nei nuclei delle cellule.
• Difficoltà a targetizzare l’inserimento del gene, causando mutazioni indesiderate e livelli imprevedibili di espressione genetica.
• Problemi nel far passare il materiale genetico attraverso la membrana genica.

I primi due problemi sono stati progressivamente migliorati, anche se non completamente risolti, grazie a tecnologie come CRISPR che possono dirigere la modifica genetica verso il nucleo cellulare e modificare precisamente una parte specifica del genoma.

La consegna del materiale genetico è stato un problema più difficile da risolvere. Storicamente, sono stati utilizzati particelle virali modificate o shock elettrici per modificare la cellula.

Un approccio più moderno è l’utilizzo di particelle lipidiche ingegnerizzate che racchiudono la terapia, a causa della loro capacità di fondersi con la membrana cellulare. Ciò è notevolmente come la maggior parte delle vaccini mRNA utilizzati durante la pandemia di Covid ha consegnato il loro carico mRNA.

Queste particelle devono anche contenere motivi chimici che proteggono le molecole mRNA dalla degradazione sistemica e facilitano la fuga dell’mRNA dall’endosoma per consentire una traduzione efficiente dell’mRNA in proteine funzionali all’interno delle cellule.

Finora, metodi di consegna unici devono essere ingegnerizzati per ogni nuova terapia, ottimizzati per una dimensione specifica di mRNA o materiale DNA e per le cellule e l’organismo bersaglio. Ciò è stato un ostacolo nello sviluppo di nuove terapie e anche un enorme onere regolatorio nell’approvazione di nuovi trattamenti.

Una nuova chimica polimerica per una consegna genetica più sicura

Il polietilene immina (PEI) è un chimico che è stato utilizzato per la consegna genetica da capsule lipidiche nella ricerca precedente, grazie alle sue buone prestazioni nella consegna del materiale genetico. Tuttavia, può anche essere tossico per le cellule, limitando le sue applicazioni pratiche al di fuori delle cellule coltivate e per la medicina umana.

I ricercatori hanno cercato di risolvere questo problema utilizzando la cosiddetta “reazione multicomponente Ugi” per modificare la struttura chimica del PEI aggiungendo altri chimici al polimero.

Fonte: Nature Communications

Questo metodo può essere utilizzato per creare non solo un tipo di PEI modificato, ma un’intera libreria di polimeri modificati che possono essere testati per tossicità cellulare e potenziale di editing genetico.

Questa libreria è stata quindi testata per l’efficienza di trasformazione genetica in vitro su cellule umane.

Fonte: Nature Communications

Scoperta dei polimeri di consegna genetica più efficaci

Ottimizzazione della struttura del polimero per l’editing genetico

La ricerca ha scoperto che c’è un punto dolce per quanto riguarda la massa del polimero (massa molare): troppo alta, e l’mRNA non viene rilasciato nella cellula; troppo bassa, e la stabilità della particella non è sufficiente.

Altre caratteristiche chimiche si sono rivelate benefiche, come una densità di modifica più alta, la presenza di gruppi idrofobici sufficientemente idrofobici e gruppi amminici terziari.

Ciò ha portato a individuare una formula polimerica specifica con prestazioni di trasfezione promettenti, U155.

Fonte: Nature Communications

Particelle nanoparticellari U155 in modelli animali vivi

Il passo successivo è stato spostarsi dalle colture cellulari a un organismo completo, in questo caso, topi.

L’efficienza di U155 è stata testata contro una procedura di editing genetico in vivo nota, JetPEI®, commercializzato da Sartorius (SRT.DE).

“Dimostriamo un aumento di diversi ordini di grandezza della consegna di mRNA ai polmoni attraverso somministrazione sistemica rispetto alla formulazione PEI tradizionale.

Il segnale di bioluminescenza ha superato in vivo JetPEI® alla stessa dose (5 μg mRNA per topo) di 50 volte.”

Una volta testato il principio generale dell’efficienza di U155 in vivo, il passo successivo è stato quello di deployarlo in un modo che avrebbe mimato come funzionerebbe una vera terapia genetica. La consegna ai polmoni, un organo notoriamente difficile da trattare con l’editing genetico, è stata scelta.

Le particelle nanoparticellari ibride U155-polimero-lipide, miscelate con un chimico chiamato DSPG e altri, sono state utilizzate per ottimizzare le nanoparticelle per le condizioni polmonari.

Fonte: Nature Communications

“Il pretrattamento ha aumentato l’espressione nei polmoni ∼2 volte rispetto allo schema standard.”

Test di infiammazione e tossicità

Un altro passo critico è assicurarsi che le nuove particelle non siano solo efficienti nell’editing genetico nei polmoni, ma anche sicure e non causino effetti collaterali indesiderati. Notably, l’infiammazione polmonare acuta è un rischio noto per tale trattamento.

Campioni istologici polmonari prelevati 24 ore dopo l’iniezione di 5ug di nanoparticelle, hanno rivelato nessuna differenza statisticamente significativa nell’infiltrazione di cellule immunitarie tra U155 e animali iniettati con PBS e non hanno mostrato segni di danno tessutale.

Fonte: Nature Communications

Vantaggi terapeutici: cancro polmonare e fibrosi cistica

Se sicuri e performanti nell’editing genetico, la logica conclusione è che tale prodotto dovrebbe essere utile per il trattamento di malattie reali. Ciò è stato il passo successivo verificato dai ricercatori, utilizzando un modello di topo di cancro polmonare e consegna di un mRNA che codifica per la proteina interleuchina-12 (IL-12).

I topi iniettati con U155 hanno dimostrato una sopravvivenza molto più lunga, e la crescita tumorale è stata significativamente rallentata.

Fonte: Nature Communications

Il trattamento poteva anche essere ripetuto senza effetti collaterali negativi o perdita di efficienza.

La concentrazione di citochina IL-12 è stata approssimativamente la stessa dopo la prima e la seconda dose, confermando nuovamente l’efficacia della nostra piattaforma per più somministrazioni di dosi.

Sequenze genetiche più grandi sono state testate, al fine di verificare la validità di questa tecnologia per uno spettro più ampio di possibili editing genetico.

I ricercatori hanno notevolmente verificato la consegna di mRNA CFTR (6132 b), un approccio terapeutico potenziale per la fibrosi cistica, una malattia genetica letale.

Non solo il gene è stato espresso bene nei topi trattati, ma la reattività della proteina è stata anche testata e migliorata dal trattamento.

Fonte: Nature Communications

Infine, U155 è stato anche provato a consegnare efficientemente la terapia CRISPR-Cas9 ai polmoni e alle cellule immunitarie, dimostrando ulteriormente il potenziale di queste nanoparticelle per l’editing genetico.

Fonte: Nature Communications

Conclusione: una nuova era per l’editing genetico polmonare?

U155, e potenzialmente altre nanoparticelle lipidiche simili, potrebbero essere un fattore di cambiamento nell’editing genetico per organi che sono stati finora difficili da raggiungere con la tecnologia di editing genetico.

Combinato con il rapido progresso fatto nella tecnologia CRISPR e in altri metodi di editing genetico, come la tecnologia mRNA, ciò potrebbe accelerare la tendenza di utilizzare la terapia genetica per curare permanentemente malattie incurabili, invece di trattare solo i sintomi.

Probabilmente, il punto finale di queste tecnologie non è solo la precisione di punta nella sezione del genoma che viene modificata, ma anche nanoparticelle personalizzate adattate a ogni organo bersaglio e a ogni carico genetico.

Investire nell’editing genetico

Vertex Pharmaceuticals

Vertex è il leader nel trattamento della fibrosi cistica, una malattia genetica letale, con 4 trattamenti diversi che bersagliano diversi profili di pazienti. Per i pazienti che non possono essere trattati con le terapie attuali, Vertex ha un farmaco in fase III di sperimentazione clinica, Vanzacaftor. Stanno anche sviluppando una terapia genetica per la fibrosi cistica utilizzando la tecnologia mRNA.

La focalizzazione sulle malattie polmonari, in particolare la fibrosi cistica, rende Vertex un’azienda che potrebbe trarre grandi benefici da nanoparticelle migliori per l’editing genetico polmonare.

Nel suo complesso, Vertex è molto focalizzato sulla R&S, con il 70% delle spese operative e 3/5 dei dipendenti dedicati alla ricerca di nuovi farmaci e terapie.

Sta ora espandendosi rapidamente da un ex startup e specialista nella fibrosi cistica a una grande azienda farmaceutica focalizzata sulle malattie rare, in particolare le malattie renali.

Fonte: Vertex

Oltre alle malattie rare, Vertex sta anche lavorando su una terapia per il diabete di tipo 1 con il suo programma chiamato Zimislecel (in precedenza VX-880). L’idea è di iniettare cellule produttrici di insulina e utilizzare farmaci anti-rigetto per assicurarsi che le cellule immunitarie non attacchino le cellule trapiantate.

Un secondo approccio encapsula queste stesse cellule in un dispositivo da impiantare chirurgicamente nel corpo. Questi dispositivi sono progettati per proteggere le cellule dal sistema immunitario del corpo e rimuovere la necessità di farmaci anti-rigetto.

Vertex ha anche visto la sua medicazione non-opioid per il dolore Journavx approvata a gennaio 2025, con 20.000 prescrizioni già riempite 3 mesi dopo.

Fonte: Vertex

Vertex detiene anche i diritti per la commercializzazione e la produzione di Casgevy, la prima terapia di editing genetico CRISPR/Cas9 approvata, sviluppata in partnership con CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Segui il link per un rapporto completo su CRISPR Therapeutics)

Vertex può fare affidamento sul suo flusso di entrate stabile dalla sua posizione di leader nella fibrosi cistica (una malattia rara non trattabile prima del successo di Vertex) per finanziare tutta la sua espansione in nuovi campi terapeutici.

Dovrebbe anche trarre beneficio dall’approvazione recente di Exa-cel CRISPR per le malattie del sangue, Journavx per il dolore e Zimislecel per il diabete.

Nel lungo termine, l’impatto più grande sulle finanze dell’azienda sarà il successo commerciale potenziale di Journavx per raggiungere i 80+ milioni di pazienti potenziali, una cura permanente per il diabete di tipo 1 che non richiede farmaci anti-rigetto, insieme a una cura permanente per l’editing genetico della fibrosi cistica.

Ultime notizie e sviluppi azionari di Vertex (VRTX)

Studio di riferimento

^{1. Vlasova, K.Y., Kerr, A., Pennock, N.D. et al.Sintesi di lipopolimeri ionizzabili utilizzando la reazione Ugi divisa per la consegna polmonare di RNAs di varie dimensioni e editing genetico. Nat Communication16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}