Lipidnanodeeltjes maken longgenbewerking gemakkelijker

Hoe lipidnanodeeltjes longgenbewerking mogelijk maken

Onlangs zijn enkele geavanceerde genbewerkingstherapieën 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 voldoende hoge transformatiesnelheid moet hebben zodat genoeg cellen van het orgaan worden gemodificeerd. Dit betekent dat een andere manier om gentherapieën te verbeteren niet via betere genbewerkingssystemen, zoals CRISPR, maar via betere leveringssystemen van het genbewerkingsproduct is.

Dit is waar onderzoekers van de Oregon State University en de Universiteit van Helsinki (Finland) aan hebben gewerkt. Ze publiceerden hun nieuwste resultaten in Nature Communication¹, onder de titel “Synthese van ioniseerbare lipopolymers met behulp van split-Ugi reactie voor pulmonale levering van RNA’s van verschillende groottes en genbewerking”.

Uitdagingen en benaderingen van genlevering

Het idee om genetisch materiaal aan menselijke cellen te leveren voor gentherapieën is niet recent, met pogingen die al sinds de jaren 80 plaatsvinden. Het heeft echter tot voor kort beperkt succes geboekt, vanwege een combinatie van verschillende redenen:

• Moeilijkheden om het genetische materiaal in de kernen van de cellen te integreren.
• Moeilijkheden om de invoeging van het gen te richten, wat ongewenste mutaties en onvoorspelbare niveaus van genexpressie veroorzaakt.
• Problemen bij het laten passeren van het genetische materiaal door de celmembraan.

De eerste twee problemen verbeteren geleidelijk, hoewel ze nog niet volledig zijn opgelost, dankzij technologieën zoals CRISPR die genetische modificatie naar de celkern kunnen sturen en een specifiek deel van het genoom nauwkeurig kunnen bewerken.

Het leveren van het genetische materiaal is een moeilijker probleem gebleken. Historisch werden gemodificeerde virale deeltjes of elektrische schokken gebruikt om de cel te modificeren.

Een modernere benadering is het gebruik van geengineerde lipiddeeltjes die de therapie encapsuleren, vanwege hun vermogen om met het celmembraan te versmelten. Dit is met name hoe de meeste mRNA‑vaccins die tijdens de Covid‑pandemie werden gebruikt, hun mRNA‑payload afleverden.

Deze deeltjes moeten ook chemische motieven bevatten die de mRNA‑moleculen beschermen tegen systemische afbraak en de ontsnapping van mRNA uit het endosoom vergemakkelijken, zodat een efficiënte vertaling van mRNA naar functionele eiwitten in de cellen mogelijk is.

Tot nu toe moeten unieke leveringsmethoden worden ontwikkeld voor elke nieuwe therapie, geoptimaliseerd voor een specifieke grootte van mRNA‑ of DNA‑materiaal, en de doelcellen en het organisme. Dit heeft de ontwikkeling van nieuwe therapieën belemmerd en vormt bovendien een enorme regelgevende last bij de goedkeuring van nieuwe behandelingen.

Een nieuwe polymeerchemie voor veiligere genlevering

Polyethyleenimine (PEI) is een chemische stof die eerder in onderzoek is gebruikt voor genlevering vanuit lipidecapsules, dankzij de goede prestaties bij het afleveren van genetisch materiaal. Maar het kan ook toxisch zijn voor cellen, waardoor de praktische toepassingen buiten gekweekte cellen en voor de menselijke geneeskunde beperkt zijn.

De onderzoekers probeerden dit probleem op te lossen door de zogenaamde “Ugi multicomponent reactie” te gebruiken om de chemische structuur van PEI te wijzigen door andere chemicaliën aan het polymeer toe te voegen.

Bron: Nature Communications

Deze methode kan worden gebruikt om niet slechts één type gemodificeerde PEI te creëren, maar een volledige bibliotheek van gemodificeerde polymeren, die vervolgens kunnen worden getest op celtoxiciteit en genbewerkingspotentieel.

Deze bibliotheek werd vervolgens getest op genetische transformatie‑efficiëntie in vitro op menselijke cellen.

Bron: Nature Communications

Ontdekken van de meest effectieve genleveringspolymeren

Optimaliseren van polymeerstructuur voor genbewerking

Het onderzoek ontdekte dat er een optimale massa voor het polymeer (molmassa) bestaat: te hoog, en het mRNA wordt niet vrijgegeven in de cel; te laag, en de deeltjesstabiliteit was niet voldoende.

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 specifieke polymeerformule met veelbelovende transfectieprestaties, U155.

Bron: Nature Communications

U155‑nanodeeltjes in levende diermodellen

De volgende stap was de overgang 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®, gecommercialiseerd door Sartorius (SRT.DE).

“We laten een meervoudige orde‑verhoging zien van in‑vivo mRNA‑levering naar de longen via systemische toediening vergeleken met de traditionele PEI‑formulatiestandaard.

Het bioluminescentiesignaal presteerde beter dan in‑vivo JetPEI® bij dezelfde dosis (5 μg mRNA per muis) met een factor 50.”

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

U155 hybride polymeer‑lipide‑nanodeeltjes, gemengd met een chemische stof genaamd DSPG en andere, werden gebruikt om de nanodeeltjes te optimaliseren voor de omstandigheden in de longen.

Bron: Nature Communications

“De pre‑behandeling verhoogde de expressie in de longen ~2‑voudig vergeleken met het standaardprotocol.”

Ontsteking- en toxiciteitstests

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

Lunghistologische monsters genomen 24 uur na een injectie van 5 µg nanodeeltjes toonden geen statistisch significant verschil in infiltratie van immuuncellen tussen U155‑ en PBS‑geïnjecteerde dieren en vertoonden geen tekenen van weefselschade.

Bron: Nature Communications

Therapeutische voordelen: longkanker en cystic fibrosis

Als veilige en effectieve genbewerking, is de logische conclusie dat een dergelijk product nuttig zou moeten zijn voor de behandeling van daadwerkelijke ziekten. Dit was de volgende stap die de onderzoekers controleerden, met een muismodel van longkanker en levering van een mRNA dat codeert voor het eiwit interleukine‑12 (IL‑12).

De muizen die met U155 werden geïnjecteerd vertoonden een veel langere overlevingsduur, en de tumorgroei vertraagde aanzienlijk.

Bron: Nature Communications

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

De IL‑12‑cytokineconcentratie was ongeveer gelijk na de eerste en tweede dosis, wat opnieuw de effectiviteit van ons platform voor meerdere dosisbewerkingen bevestigt.

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

De onderzoekers controleerden met name de levering van CFTR‑mRNA (6132 b), een potentiële therapeutische benadering voor cystic fibrosis, een dodelijke genetische ziekte.

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

Bron: Nature Communications

Ten slotte werd ook aangetoond dat U155 efficiënte CRISPR‑Cas9‑therapie kan leveren aan de long en immuuncellen, wat het potentieel van deze nanodeeltjes voor genbewerking verder aantoont.

Bron: Nature Communications

Conclusie: een nieuw tijdperk voor longgenbewerking?

U155, en mogelijk andere vergelijkbare lipidnanodeeltjes, zouden een keerpunt kunnen betekenen in genbewerking voor organen die tot nu toe moeilijk te bereiken waren met genbewerkingstechnologie.

In combinatie met de snelle vooruitgang in CRISPR‑technologie en andere genbewerkingsmethoden, zoals mRNA‑technologie, zou dit de trend kunnen 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 nauwkeurige precisie met betrekking tot het deel van het genoom dat wordt bewerkt, maar ook op maat gemaakte nanodeeltjes die zijn aangepast aan elk gericht orgaan en elke genetische lading.

Investeren in genbewerking

Vertex Pharmaceuticals

Vertex is de leider in de behandeling van cystic fibrosis, een dodelijke genetische ziekte, met 4 verschillende behandelingen die zich richten op verschillende patiëntprofielen. Voor patiënten die niet met de huidige therapieën kunnen worden behandeld, heeft Vertex een geneesmiddel in fase III van klinische proeven, Vanzacaftor. Ze ontwikkelen ook gentherapie voor cystic fibrosis met behulp van mRNA‑technologie.

De focus op longaandoeningen, met name cystic fibrosis, maakt van Vertex een bedrijf dat sterk kan profiteren van betere nanodeeltjes voor longgenbewerking.

Als geheel is Vertex sterk gericht op R&D, met 70 % van de operationele kosten en 3/5^th van de medewerkers die zich toeleggen op het vinden van nieuwe geneesmiddelen en therapieën.

Het breidt nu snel uit van een voormalige startup en cystic fibrosis‑specialist tot een sterk op zeldzame ziekten gericht groter farmaceutisch bedrijf, met name nierziekten.

Bron: Vertex

Naast zeldzame ziekten werkt Vertex ook aan een type‑1 diabetes‑therapie met zijn programma genaamd Zimislecel (voorheen VX‑880). Het idee is om insuline‑producerende cellen te injecteren en anti‑afstotingsmedicatie te gebruiken om te zorgen dat immuuncellen de getransplanteerde cellen niet aanvallen.

Een tweede benadering encapsuleert dezezelfde 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 de noodzaak van anti‑afstotingsmedicatie weg te nemen.

Vertex zag ook zijn non‑opioïde pijnmedicatie Journavx goedgekeurd in januari 2025, met 20.000 recepten die drie maanden later al waren vervuld.

Bron: Vertex

Vertex bezit ook het recht op de commercialisatie en productie van Casgevy, de eerste goedgekeurde CRISPR/Cas9‑genbewerkte therapie ter wereld, ontwikkeld in samenwerking met CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Volg de link voor een volledig rapport over CRISPR Therapeutics)

Vertex kan rekenen op zijn stabiele inkomstenstroom vanuit zijn leidende positie in cystic fibrosis (een zeldzame ziekte die voorheen niet behandelbaar was vóór het succes van Vertex) om al zijn uitbreiding naar nieuwe therapeutische gebieden te financieren.

Het zou ook moeten profiteren van de recente goedkeuring van Exa‑cel CRISPR‑gentherapie voor bloedziekten, Journavx voor pijn, en Zimislecel voor diabetes.

Op de lange termijn zal de grootste impact op de financiën van het bedrijf komen van het potentiële commerciële succes van Journavx, dat meer dan 80 miljoen potentiële patiënten kan bereiken, een permanente genezing voor type‑1 diabetes zonder anti‑afstotingsmedicatie, samen met een permanente genbewerkingsgenezing voor cystic fibrosis.

Laatste Vertex (VRTX) aandelennieuws en ontwikkelingen

Gerefereerde studie

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