Lipidnanopartikler gjør genredigering i lungene enklere

Hvordan lipidnanopartikler muliggjør genredigering i lungene

Nylig har noen avanserte genredigeringsterapier blitt godkjent, særlig mot blodsykdommer som sigdcelleanemi. I teorien åpner dette døren for mange flere genterapier, spesielt mot sjeldne og/eller uhelbredelige sykdommer.

I praksis er det ikke så enkelt. Genredigeringsteknologien må først nå de riktige organene og ha høy nok transformasjonsgrad til at tilstrekkelig mange av organets celler blir endret. Genterapier kan derfor forbedres ikke bare gjennom bedre genredigeringssystemer som CRISPR, men også gjennom bedre systemer for å levere genredigeringsproduktet.

Dette er hva forskere ved Oregon State University og Universitetet i Helsinki (Finland) har arbeidet med. De publiserte sine nyeste resultater i Nature Communications¹ under tittelen «Syntese av ioniserbare lipopolymerer ved hjelp av split-Ugi-reaksjon for levering av RNA i ulike størrelser til lungene og genredigering».

Utfordringer og tilnærminger til genlevering

Ideen om å levere genetisk materiale til menneskeceller for genterapi er ikke ny; forsøk har pågått siden 1980-tallet. Frem til nylig har resultatene likevel vært begrenset på grunn av en kombinasjon av flere forhold:

• Vanskeligheter med å få det genetiske materialet integrert i cellenes kjerner.
• Vanskeligheter med å målrette innsettingen av genet, noe som forårsaker uønskede mutasjoner og uforutsigbare nivåer av genuttrykk.
• Problemer med å få det genetiske materialet til å passere gjennom cellemembranen.

De to første problemene har gradvis blitt mindre, selv om de ennå ikke er helt løst, takket være teknologi som CRISPR, som kan lede genetisk modifisering mot cellekjernen og presist redigere en bestemt del av genomet.

Levering av det genetiske materialet har vært et vanskeligere problem å løse. Historisk har modifiserte viruspartikler eller elektriske støt blitt brukt til å endre cellen.

En mer moderne tilnærming er å bruke konstruerte lipidpartikler som kapsler inn behandlingen, fordi de kan smelte sammen med cellemembranen. Det var blant annet slik de fleste mRNA-vaksinene som ble brukt under covidpandemien, leverte mRNA-lasten sin.

Disse partiklene må også inneholde kjemiske strukturer som beskytter mRNA-molekylene mot systemisk nedbrytning og hjelper mRNA ut av endosomet, slik at det effektivt kan oversettes til funksjonelle proteiner inne i cellene.

Hittil har det måttet utvikles en egen leveringsmetode for hver nye behandling, optimalisert for en bestemt størrelse på mRNA- eller DNA-materialet og for målcellene og organismen. Dette har hemmet utviklingen av nye behandlinger og samtidig skapt en svært stor regulatorisk byrde ved godkjenning av nye legemidler.

En ny polymerkjemi for tryggere genlevering

Polyetylenimin (PEI) er et kjemikalium som tidligere har vært brukt i forskning til genlevering fra lipidkapsler, fordi det er effektivt til å levere genetisk materiale. Stoffet kan imidlertid også være giftig for celler, noe som begrenser praktisk bruk utenfor cellekulturer og i humanmedisin.

Forskerne forsøkte å løse dette ved å bruke den såkalte «Ugi-multikomponentreaksjonen» til å endre den kjemiske strukturen i PEI ved å tilsette andre kjemikalier i polymeren.

Kilde: Nature Communications

Metoden kan brukes til å lage ikke bare én type modifisert PEI, men et helt bibliotek av modifiserte polymerer som deretter kan testes for celletoksisitet og potensial for genredigering.

Biblioteket ble deretter testet in vitro på menneskeceller for å måle hvor effektivt det kunne utføre genetisk transformasjon.

Kilde: Nature Communications

Oppdage de mest effektive genleveringspolymerene

Optimalisering av polymerstruktur for genredigering

Studien fant et optimalt område for polymerens masse (molarmasse): Er den for høy, frigjøres ikke mRNA i cellen; er den for lav, blir partikkelstabiliteten utilstrekkelig.

Også andre kjemiske egenskaper viste seg fordelaktige, blant annet høyere modifikasjonstetthet, tilstrekkelig hydrofobe grupper og tertiære amingrupper.

Dette førte til at forskerne valgte ut en bestemt polymerformel med lovende transfeksjonsytelse, U155.

Kilde: Nature Communications

U155-nanopartikler i levende dyremodeller

Neste trinn var å gå fra cellekulturer til en hel organisme, i dette tilfellet mus.

Effektiviteten til U155 ble sammenlignet med en kjent PEI-basert prosedyre for genredigering in vivo, JetPEI®, som markedsføres av Sartorius (SRT.DE).

«Vi viser en økning på flere størrelsesordener i levering av mRNA til lungene in vivo gjennom systemisk administrasjon sammenlignet med den tradisjonelle PEI-formuleringen.

Bioluminesenssignalet var 50 ganger sterkere enn med JetPEI® in vivo ved samme dose (5 μg mRNA per mus).»

Da det generelle prinsippet for U155s effektivitet var testet in vivo, var neste trinn å bruke stoffet på en måte som etterlignet en virkelig genterapi. Forskerne valgte levering til lungene, et organ som er kjent for å være vanskelig å behandle med genredigering.

Hybride polymer-lipidnanopartikler med U155 ble blandet med kjemikaliet DSPG og andre stoffer for å optimalisere nanopartiklene for forholdene i lungene.

Kilde: Nature Communications

«Forbehandlingen økte uttrykket i lungene omtrent to ganger sammenlignet med standardskjemaet.»

Inflammasjon- og toksisitetstester

Et annet avgjørende trinn var å forsikre seg om at de nye partiklene ikke bare var effektive til genredigering i lungene, men også trygge og uten uønskede bivirkninger. Akutt lungebetennelse er en kjent risiko ved slik behandling.

Histologiske lungeprøver tatt 24 timer etter injeksjon av 5 μg nanopartikler viste ingen statistisk signifikant forskjell i infiltrasjon av immunceller mellom dyr som fikk U155 og dyr som fikk PBS, og viste heller ingen tegn på vevsskade.

Kilde: Nature Communications

Terapeutiske fordeler: lungekreft og cystisk fibrose

Dersom et slikt produkt er trygt og kan utføre genredigering, er den logiske konklusjonen at det bør kunne behandle reelle sykdommer. Forskerne testet derfor dette videre i en musemodell for lungekreft ved å levere mRNA som koder for proteinet interleukin-12 (IL-12).

Musene som fikk U155, levde betydelig lenger, og tumorveksten avtok markant.

Kilde: Nature Communications

Behandlingen kunne også gjentas uten negative bivirkninger eller redusert effektivitet.

Konsentrasjonen av IL-12-cytokin var omtrent den samme etter første og andre dose, noe som igjen bekrefter at plattformen vår er effektiv ved gjentatt dosering.

Større genetiske sekvenser ble også testet for å undersøke om teknologien fungerer for et bredere spekter av mulig genredigering.

Forskerne undersøkte særlig levering av CFTR-mRNA (6 132 baser), en mulig terapeutisk tilnærming mot cystisk fibrose, en dødelig genetisk sykdom.

Genet kom ikke bare godt til uttrykk i de behandlede musene; proteinets reaktivitet ble også testet og forbedret av behandlingen.

Kilde: Nature Communications

Til slutt ble det også vist at U155 effektivt kunne levere CRISPR-Cas9-behandling til lungene og immuncellene, noe som ytterligere viser nanopartiklenes potensial for genredigering.

Kilde: Nature Communications

Konklusjon: En ny æra for genredigering i lungene?

U155, og kanskje andre lignende lipidnanopartikler, kan bli et gjennombrudd for genredigering i organer som hittil har vært vanskelige å nå med denne teknologien.

Sammen med den raske utviklingen innen CRISPR og andre genredigeringsmetoder, blant annet mRNA-teknologi, kan dette fremskynde bruken av genterapi for å kurere uhelbredelige sykdommer permanent i stedet for bare å behandle symptomene.

Det sannsynlige sluttpunktet for disse teknologiene er ikke bare presisjon på delen av genomet som redigeres, men også skreddersydde nanopartikler tilpasset hvert målorgan og hver genetiske last.

Investere i genredigering

Vertex Pharmaceuticals

Vertex er ledende innen behandling av cystisk fibrose, en dødelig genetisk sykdom, og har fire ulike behandlinger rettet mot forskjellige pasientgrupper. For pasienter som ikke kan behandles med dagens terapier, har Vertex legemiddelet Vanzacaftor i fase III av kliniske studier. Selskapet utvikler også genterapi mot cystisk fibrose ved hjelp av mRNA-teknologi.

Fokuset på lungesykdommer, særlig cystisk fibrose, gjør Vertex til et selskap som kan få stor nytte av bedre nanopartikler for genredigering i lungene.

Vertex er samlet sett svært forsknings- og utviklingsorientert: 70 % av driftskostnadene og tre femdeler av de ansatte er viet til å finne nye legemidler og behandlinger.

Selskapet vokser nå raskt fra en tidligere oppstartsbedrift og spesialist på cystisk fibrose til et større og sterkt legemiddelselskap med fokus på sjeldne sykdommer, særlig nyresykdommer.

Kilde: Vertex

Ved siden av sjeldne sykdommer arbeider Vertex med en behandling mot diabetes type 1 gjennom programmet Zimislecel (tidligere VX-880). Ideen er å injisere insulinproduserende celler og bruke avstøtningshemmende legemidler slik at immuncellene ikke angriper de transplanterte cellene.

En annen tilnærming kapsler inn de samme cellene i en enhet som opereres inn i kroppen. Enhetene er laget for å skjerme cellene mot kroppens immunsystem og fjerne behovet for avstøtningshemmende legemidler.

Vertex fikk også det ikke-opioide smertestillende legemiddelet Journavx godkjent i januar 2025, og tre måneder senere var 20 000 resepter allerede ekspedert.

Kilde: Vertex

Vertex har også rettighetene til kommersialisering og produksjon av Casgevy, verdens første godkjente CRISPR/Cas9-genredigerte behandling, utviklet sammen med CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Følg lenken for en fullstendig rapport om CRISPR Therapeutics)

Vertex kan bruke den stabile inntektsstrømmen fra sin ledende posisjon innen cystisk fibrose – en sjelden sykdom som ikke kunne behandles før Vertex lyktes – til å finansiere ekspansjonen til nye terapiområder.

Selskapet bør også dra nytte av de nylige godkjenningene av CRISPR-genterapien Exa-cel mot blodsykdommer, Journavx mot smerte og Zimislecel mot diabetes.

På lang sikt vil den største virkningen på selskapets økonomi komme fra Journavx’ mulige kommersielle suksess blant over 80 millioner potensielle pasienter, en permanent kur mot diabetes type 1 uten avstøtningshemmende legemidler og en permanent genredigeringskur mot cystisk fibrose.

Siste nyheter og utviklinger for Vertex (VRTX)-aksjen

Studie referert

^{1. Vlasova, K.Y., Kerr, A., Pennock, N.D. et al. Syntese av ioniserbare lipopolymerer ved hjelp av split-Ugi-reaksjon for levering av RNA i ulike størrelser til lungene og genredigering. Nature Communications 16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}