Lipide Nanodeeltjes Maken Longen Genbewerking Gemakkelijker

Hoe Lipide Nanodeeltjes Longen Genbewerking Mogelijk Maken

Onlangs zijn enkele geavanceerde genbewerkingsbehandelingen goedgekeurd, met name voor bloedziekten zoals sikkelcelziekte. In theorie opent dit de deur naar veel meer gentherapieën, vooral voor zeldzame en/of ongeneeslijke ziekten.

In de praktijk is dit niet zo eenvoudig, omdat de genbewerkings technologie eerst de juiste organen moet bereiken en een hoog genoeg transformatiepercentage moet hebben, zodat voldoende cellen van het orgaan worden gewijzigd. Dit betekent dat een andere manier om gentherapieën te verbeteren, niet door betere genbewerkings systemen zoals CRISPR, maar door betere bezorgingssystemen van het genbewerkingsproduct.

Dit is waar onderzoekers van de Oregon State University en de University of Helsinki (Finland) aan hebben gewerkt. Zij publiceerden hun laatste resultaten in Nature Communication¹, onder de titel “Synthese van ioniseerbare lipopolymers met behulp van split-Ugi-reactie voor pulmonale aflevering van verschillende grootte RNAs en genbewerking”.

Uitdagingen en Benaderingen voor Genbezorging

Het idee om genetisch materiaal naar menselijke cellen te bezorgen voor gentherapieën is niet nieuw, met pogingen daartoe sinds de jaren 80. Het heeft echter beperkt succes gehad tot nu toe, vanwege een combinatie van verschillende redenen:

• Moeilijkheden om het genetisch materiaal in de celkernen te integreren.
• Moeilijkheden om de insertie van het gen te richten, waardoor ongewenste mutaties en onvoorspelbare niveaus van genexpressie ontstaan.
• Problemen bij het doorlaten van het genetisch materiaal door de genmembranen.

De eerste twee problemen zijn geleidelijk aan beter geworden, zelfs als ze nog niet helemaal zijn opgelost, dankzij technologie zoals CRISPR die genetische modificatie naar de celkern kan richten en een specifiek deel van het genoom nauwkeurig kan bewerken.

De bezorging van het genetisch materiaal is een harder probleem om op te lossen. Historisch gezien werden gemodificeerde virale deeltjes of elektrische schokken gebruikt om de cel te modificeren.

Een moderne benadering is het gebruik van geëngineerde lipide deeltjes die de therapie omvatten, vanwege hun vermogen om te fuseren met de celmembranen. Dit is met name hoe de meeste mRNA-vaccins die tijdens de Covid-pandemie werden gebruikt, hun mRNA-lading bezorgden.

Deze deeltjes moeten ook chemische motieven bevatten die de mRNA-moleculen beschermen tegen systemische afbraak en de ontsnapping van mRNA uit het endosoom vergemakkelijken, om een efficiënte mRNA-translatie naar functionele eiwitten binnen de cellen mogelijk te maken.

Tot nu toe moeten unieke bezorgingsmethoden voor elke nieuwe therapie worden geëngineerd, geoptimaliseerd voor een specifieke grootte van mRNA- of DNA-materiaal en de doelcellen en organismen. Dit heeft een belemmering gevormd in de ontwikkeling van nieuwe therapieën en ook een enorme reguleringslast in de goedkeuring van nieuwe behandelingen.

Een Nieuwe Polymeerchemie voor Veiligere Genbezorging

Polyetheenimine (PEI) is een chemisch stof die eerder voor genbezorging uit lipidecapsules in onderzoek is gebruikt, dankzij zijn goede prestaties bij het bezorgen van genetisch materiaal. Maar het kan ook giftig zijn voor cellen, waardoor het praktische toepassingen buiten gekweekte cellen en voor humane geneeskunde beperkt.

De onderzoekers zochten naar een oplossing voor dit probleem door de zogenaamde “Ugi multicomponentreactie” te gebruiken om de chemische structuur van PEI te modificeren door andere chemicaliën aan de polymeer toe te voegen.

Bron: Nature Communications

Deze methode kan worden gebruikt om niet alleen één type gemodificeerd PEI te creëren, maar een hele bibliotheek van gemodificeerde polymeren die vervolgens kunnen worden getest op celgiftigheid en genbewerkingspotentieel.

Deze bibliotheek werd vervolgens getest op genetische transformatie-efficiëntie in vitro op humane cellen.

Bron: Nature Communications

Ontdekking van de Meest Efficiënte Genbezorgingspolymers

Optimalisatie van Polymeerstructuur voor Genbewerking

Het onderzoek toonde aan dat er een zoet punt is met betrekking tot de massa van de polymeer (molaire massa): te hoog, en het mRNA wordt niet vrijgegeven in de cel; te laag, en deeltjesstabiliteit was niet goed genoeg.

Andere chemische kenmerken bleken gunstig, zoals een hogere modificatiedichtheid, de aanwezigheid van voldoende hydrofobe groepen en tertiaire aminegroepen.

Dit leidde tot het selecteren van een specifiek polymeerformule met veelbelovende transfectieprestaties, U155.

Bron: Nature Communications

U155 Nanodeeltjes in Levende Diermodellen

De volgende stap was het verplaatsen van celculturen naar een volledig organisme, in dit geval muizen.

De efficiëntie van U155 werd getest tegen een bekende in-vivo PEI-gebaseerde genbewerkingsprocedure, JetPEI®, commercieel verkrijgbaar bij Sartorius (SRT.DE).

“We demonstreren een meervoudige toename van in vivo mRNA-bezorging aan de longen via systemische toediening in vergelijking met de traditionele PEI-formulering standaard.

De bioluminescentiesignaal overtrof in vivo JetPEI® bij dezelfde dosis (5 μg mRNA per muis) met 50-voudige.”

Nadat het algemene principe van U155-efficiëntie in vivo was getest, was de volgende stap om het op een manier te gebruiken die zou imiteren hoe een echte gentherapie zou werken. Bezorging aan de long, een orgaan dat berucht moeilijk te behandelen is met genbewerking, werd gekozen.

U155 hybride polymeer-lipidenanodeeltjes, gemengd met een chemisch stof genaamd DSPG en anderen, werden gebruikt om de nanodeeltjes te optimaliseren voor omstandigheden in de longen.

Bron: Nature Communications

“De voorbehandeling verhoogde de expressie in de longen ∼2-voudig in vergelijking met het standaardschema.”

Ontstekings- en Toxiciteitstesten

Een andere kritieke stap is ervoor zorgen dat de nieuwe deeltjes niet alleen efficiënt zijn in genbewerking in de long, maar ook veilig zijn en geen ongewenste bijwerkingen veroorzaken. Met name acute longontsteking is een bekend risico voor dergelijke behandeling.

Longhistologische monsters genomen 24 uur na injectie van 5ug nanodeeltjes, toonden geen statistisch significante verschil in immuuncel infiltratie tussen U155 en PBS-geïnjecteerde dieren en vertoonden geen tekenen van weefselbeschadiging.

Bron: Nature Communications

Therapeutische Voordelen: Longkanker en Cystische Fibrose

Als het veilig is en genbewerking uitvoert, is de logische conclusie dat een dergelijk product nuttig zou moeten zijn voor het behandelen van daadwerkelijke ziekten. Dit was de volgende stap die door de onderzoekers werd gecontroleerd, met behulp van een muismodel van longkanker en bezorging van een mRNA dat codeert voor het eiwit interleukine-12 (IL-12).

De muizen die met U155 werden geïnjecteerd, toonden een veel langere overlevingstijd en een vertraagde tumorgroei.

Bron: Nature Communications

De behandeling kon ook worden herhaald zonder negatieve bijwerkingen of verlies van efficiëntie.

IL-12 cytokineconcentratie was ongeveer hetzelfde na de eerste en tweede doses, nogmaals bevestigend de effectiviteit van ons platform voor meerdere dosisbehandelingen.

Grotere genetische sequenties werden ook getest, om de geldigheid van deze technologie voor een bredere spectrum van mogelijke genbewerking te controleren.

De onderzoekers testten met name de bezorging van CFTR mRNA (6132 b), een potentieel therapeutische benadering voor cystische fibrose, een dodelijke genetische ziekte.

Niet alleen werd het gen goed geëxprimeerd in de behandelde muizen, maar ook de reactiviteit van het eiwit werd getest en verbeterd door de behandeling.

Bron: Nature Communications

Ten slotte werd U155 ook bewezen om efficiënte CRISPR-Cas9-therapie naar de longen en immuuncellen te bezorgen, waarmee verder het potentieel van deze nanodeeltjes voor genbewerking werd aangetoond.

Bron: Nature Communications

Conclusie: Een Nieuwe Era voor Longen Genbewerking?

U155, en mogelijk andere soortgelijke lipidenanodeeltjes, zouden een game-changer kunnen zijn in genbewerking voor organen die tot nu toe moeilijk te bereiken zijn geweest met genbewerkings technologie.

In combinatie met de snelle vooruitgang in CRISPR-technologie en andere genbewerkingsmethoden, zoals mRNA-technologie, kan dit de trend versnellen om gentherapie te gebruiken om ongeneeslijke ziekten permanent te genezen, in plaats van alleen de symptomen te behandelen.

Waarschijnlijk is het uiteindelijke doel van deze technologieën niet alleen precisie wat betreft het deel van het genoom dat wordt bewerkt, maar ook aangepaste nanodeeltjes die zijn aangepast aan elk orgaan en elke genetische lading.

Beleggen in Genbewerking

Vertex Pharmaceuticals

Vertex is de leider in de behandeling van cystische fibrose, een dodelijke genetische ziekte, met 4 verschillende behandelingen die verschillende patiëntprofielen aanpakken. Voor patiënten die niet kunnen worden behandeld met de huidige therapieën, heeft Vertex een geneesmiddel in fase III van klinische onderzoeken, Vanzacaftor. Zij ontwikkelen ook gentherapie voor cystische fibrose met behulp van mRNA-technologie.

De focus op longziekten, met name cystische fibrose, maakt Vertex een bedrijf dat veel kan profiteren van betere nanodeeltjes voor longen genbewerking.

Als geheel is Vertex zeer R&D-georiënteerd, met 70% van de operationele uitgaven en 3/5e van de medewerkers gewijd aan het vinden van nieuwe geneesmiddelen en therapieën.

Het bedrijf breidt zich nu snel uit van een voormalig startup en cystische fibrose-specialist naar een sterk farmaceutisch bedrijf met een focus op zeldzame ziekten, met name nierziekten.

Bron: Vertex

Naast zeldzame ziekten werkt Vertex ook aan een type-1 diabetesbehandeling met het programma Zimislecel (voorheen VX-880). Het idee is om insulineproducerende cellen te injecteren en anti-afstotingsmedicatie te gebruiken om te voorkomen dat immuuncellen de getransplanteerde cellen aanvallen.

Een tweede benadering omvat het encapsuleren van deze cellen in een apparaat dat chirurgisch in het lichaam wordt geïmplanteerd. Deze apparaten zijn ontworpen om de cellen te beschermen tegen het immuunsysteem van het lichaam en om de behoefte aan anti-afstotingsmedicatie te elimineren.

Vertex kreeg ook zijn non-opioïde pijnmedicatie Journavx goedgekeurd in januari 2025, met 20.000 recepten die al waren ingevuld 3 maanden later.

Bron: Vertex

Vertex heeft ook de rechten voor de commercialisatie en productie van Casgevy, de eerste goedgekeurde CRISPR/Cas9-gene-edited-therapie, ontwikkeld in samenwerking met CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Volg de link voor een volledig rapport over CRISPR Therapeutics)

Vertex kan vertrouwen op zijn stabiele inkomstenstroom uit zijn leidende positie in cystische fibrose (een zeldzame ziekte die onbehandelbaar was voordat Vertex succes had) om al zijn uitbreiding naar nieuwe therapeutische gebieden te financieren.

Het moet ook profiteren van de recente goedkeuring van Exa-cel CRISPR-gene-therapie voor bloedziekten, Journavx voor pijn en Zimislecel voor diabetes.

Op lange termijn zal de grootste impact op de financiën van het bedrijf komen van het potentieel commerciële succes van Journavx om 80+ miljoen potentiële patiënten te bereiken, een permanente genezing voor type-1 diabetes die geen anti-afstotingsmedicatie vereist, samen met een permanente genbewerkingskuur voor cystische fibrose.

Laatste Vertex (VRTX) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

Bestudeerd

^{1. Vlasova, K.Y., Kerr, A., Pennock, N.D. et al.Synthese van ioniseerbare lipopolymers met behulp van split-Ugi-reactie voor pulmonale aflevering van verschillende grootte RNAs en genbewerking. Nat Communication16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}