Lipidnanopartiklar gör lunggenredigering enklare

Hur lipidnanopartiklar möjliggör lunggenredigering

På senare tid har vissa avancerade genredigeringsterapier godkänts, speciellt för blodsjukdomar som sicklecellsjuka. I teorin öppnar detta dörren för många fler genbehandlingar, särskilt för sällsynta och/eller obotliga sjukdomar.

I praktiken är det inte så enkelt, eftersom genredigeringstekniken först måste nå rätt organ och ha en tillräckligt hög transformationsgrad så att tillräckligt många av organets celler modifieras. Det innebär att ett annat sätt att förbättra genbehandlingar är inte genom bättre genredigeringssystem, som CRISPR, utan genom bättre leveranssystem för genredigeringsprodukten.

Detta är vad forskare vid Oregon State University och University of Helsinki (Finland) har arbetat med. De publicerade sina senaste resultat i Nature Communication¹, under titeln “Syntes av joniserbara lipopolymere med split-Ugi-reaktion för pulmonell leverans av RNA av olika storlek och genredigering”.

Utmaningar och tillvägagångssätt för genleverans

Idén att leverera genetiskt material till mänskliga celler för genbehandlingar är inte ny, med försök sedan 1980-talet. Den har dock haft begränsad framgång fram till nyligen, på grund av en kombination av flera orsaker:

• Svårigheter att få det genetiska materialet integrerat i cellernas kärnor.
• Svårigheter att rikta in insättningen av genen, vilket orsakar oönskade mutationer och oförutsägbara nivåer av genuttryck.
• Problem med att få det genetiska materialet att passera genom genmembranet.

De två första problemen har gradvis förbättrats, även om de fortfarande inte är helt lösta, tack vare teknik som CRISPR som kan rikta genetisk modifiering mot cellkärnan och exakt redigera en given del av genomet.

Leverans av det genetiska materialet har varit ett svårare problem att lösa. Historiskt har modifierade virala partiklar eller elektriska stötar använts för att modifiera cellen.

En mer modern metod är att använda konstruerade lipidpartiklar som kapslar in terapin, på grund av deras förmåga att smälta samman med cellens membran. Detta är särskilt hur de flesta mRNA-vacciner som användes under Covid-pandemin levererade sin mRNA-last.

Dessa partiklar måste också innehålla kemiska motiv som skyddar mRNA-molekylerna från systemisk nedbrytning och underlättar mRNA:s undvikande från endosomen för att möjliggöra effektiv mRNA-översättning till funktionella proteiner i cellerna.

Hittills har unika leveransmetoder behövt konstrueras för varje ny terapi, optimerade för en specifik storlek av mRNA- eller DNA-material, samt de målade cellerna och organismen. Detta har varit ett hinder för utvecklingen av nya terapier och även en enorm regulatorisk börda vid godkännande av nya behandlingar.

En ny polymerkemi för säkrare genleverans

Polyetylenimin (PEI) är en kemikalie som tidigare har använts för genleverans från lipidkapslar i forskning, tack vare dess goda prestanda vid leverans av genetiskt material. Men den kan också vara toxisk för celler, vilket begränsar dess praktiska tillämpningar utanför odlade celler och för mänsklig medicin.

Forskarna försökte lösa detta problem genom att använda den så kallade “Ugi-multikomponentreaktionen” för att modifiera PEI:s kemiska struktur genom att tillsätta andra kemikalier till polymeren.

Källa: Nature Communications

Denna metod kan användas för att skapa inte bara en typ av modifierad PEI utan ett helt bibliotek av modifierade polymerer som sedan kan testas för celltoxicitet och genredigeringspotential.

Detta bibliotek testades sedan för genetisk transformations‑effektivitet in vitro på mänskliga celler.

Källa: Nature Communications

Upptäckt av de mest effektiva genleveranspolymererna

Optimering av polymerstruktur för genredigering

Forskningen fann att det finns en optimal punkt när det gäller polymerens massa (molmassa): för hög och mRNA frigörs inte i cellen; för låg och partikelstabiliteten är inte tillräckligt bra.

Andra kemiska egenskaper visade sig vara fördelaktiga, såsom högre modifieringsdensitet, närvaro av tillräckligt hydrofoba grupper och tertiära aminogrupper.

Detta ledde till att en specifik polymerformel med lovande transfection‑prestanda, U155, identifierades.

Källa: Nature Communications

U155‑nanopartiklar i levande djurmodeller

Nästa steg var att gå från cellkulturer till en hel organism, i detta fall möss.

U155:s effektivitet testades mot en känd in‑vivo PEI‑baserad genredigeringsprocedur, JetPEI®, kommersialiserad av Sartorius (SRT.DE).

“Vi visar en flerdimensionell ökning av in‑vivo mRNA‑leverans till lungorna via systemisk administrering jämfört med den traditionella PEI‑formuleringen.

Bioluminiscenssignalen överträffade in‑vivo JetPEI® vid samma dos (5 μg mRNA per mus) med 50‑fald.”

När det allmänna principen för U155:s effektivitet hade testats in‑vivo, var nästa steg att använda den på ett sätt som efterliknar hur en riktig genbehandling skulle fungera. Leverans till lungan, ett organ som är notorisk svårt att behandla med genredigering, valdes.

U155‑hybrid polymer‑lipidnanopartiklar, blandade med en kemikalie kallad DSPG och andra, användes för att optimera nanopartiklarna för förhållanden i lungorna.

Källa: Nature Communications

“Förbehandlingen ökade uttrycket i lungorna ~2‑faldigt jämfört med standardmetoden.”

Inflammations- och toxicitetstester

Ett annat kritiskt steg är att säkerställa att de nya partiklarna inte bara är effektiva för genredigering i lungan, utan också säkra och inte orsakar oönskade biverkningar. Speciellt är akut lunginflammation en känd risk för sådan behandling.

Lunghistologiska prover tagna 24 h efter 5 µg nanopartikelinjektion visade ingen statistiskt signifikant skillnad i infiltration av immunceller mellan U155‑ och PBS‑injicerade djur och visade inga tecken på vävnadsskada.

Källa: Nature Communications

Terapeutiska fördelar: Lungcancer och cystisk fibros

Om genredigeringen är säker och fungerar, är den logiska slutsatsen att en sådan produkt bör vara hjälpsam för att behandla faktiska sjukdomar. Detta var nästa steg som forskarna kontrollerade, med en mössmodell för lungcancer och leverans av ett mRNA som kodar för proteinet interleukin‑12 (IL‑12).

Mössarna som injicerades med U155 visade en mycket längre överlevnadsgrad, och tumörtillväxten saktade av avsevärt.

Källa: Nature Communications

Behandlingen kunde också upprepas utan negativa biverkningar eller förlust av effektivitet.

IL‑12‑cytokinkoncentrationen var ungefär densamma efter den första och andra dosen, vilket återigen bekräftar plattformens effektivitet för flera dosadministrationer.

Större genetiska sekvenser testades också för att kontrollera teknikens giltighet för ett bredare spektrum av möjliga genredigeringar.

Forskarna kontrollerade särskilt leveransen av CFTR‑mRNA (6132 b), ett potentiellt terapeutiskt tillvägagångssätt för cystisk fibros, en dödlig genetisk sjukdom.

Inte bara uttrycktes genen väl i de behandlade mössen, utan proteinets reaktivitet testades också och förbättrades av behandlingen.

Källa: Nature Communications

Slutligen visade sig även U155 leverera effektiv CRISPR‑Cas9‑terapi till lungorna och immunceller, vilket ytterligare demonstrerar potentialen hos dessa nanopartiklar för genredigering.

Källa: Nature Communications

Slutsats: En ny era för lunggenredigering?

U155, och eventuellt andra liknande lipidnanopartiklar, kan vara en spelväxlare inom genredigering för organ som hittills har varit svåra att nå med genredigeringsteknik.

Kombinerat med den snabba utvecklingen inom CRISPR‑teknik och andra genredigeringsmetoder, som mRNA‑teknik, kan detta påskynda trenden att använda genbehandling för att permanent bota obotliga sjukdomar, snarare än att bara behandla symptomen.

Mest sannolikt är den slutgiltiga poängen med dessa teknologier inte bara exakt precision kring den del av genomet som redigeras, utan även skräddarsydda nanopartiklar anpassade för varje målorgan och varje genetisk last.

Investera i genredigering

Vertex Pharmaceuticals

Vertex är ledande inom behandling av cystisk fibros, en dödlig genetisk sjukdom, med fyra olika behandlingar som riktar sig mot olika patientprofiler. För patienter som inte kan behandlas med de nuvarande terapierna har Vertex ett läkemedel i fas III av kliniska studier, Vanzacaftor. De utvecklar också genbehandling för cystisk fibros med mRNA‑teknik.

Fokus på lungsjukdomar, särskilt cystisk fibros, gör Vertex till ett företag som kan dra stor nytta av bättre nanopartiklar för lunggenredigering.

Som helhet är Vertex starkt forsknings‑ och utvecklingsinriktat, med 70 % av driftskostnaderna och 3/5^th av de anställda dedikerade till att hitta nya läkemedel och terapier.

Det expanderar nu snabbt från ett tidigare startup och specialist på cystisk fibros till ett starkt sällsynt sjukdom‑fokuserat större läkemedelsföretag, särskilt njursjukdomar.

Källa: Vertex

Förutom sällsynta sjukdomar arbetar Vertex också med en typ‑1‑diabetesbehandling med sitt program kallat Zimislecel (tidigare VX-880). Idén är att injicera insulinproducerande celler och använda anti‑avstötning‑medicin för att säkerställa att immunceller inte attackerar de transplanterade cellerna.

En annan metod kapslar in dessa samma celler i en enhet som kirurgiskt implanteras i kroppen. Dessa enheter är utformade för att skydda cellerna från kroppens immunsystem och avlägsna behovet av anti‑avstötning‑medicin.

Vertex såg också sin icke‑opioida smärtmedicin Journavx godkänd i januari 2025, med 20 000 recept redan fyllda tre månader senare.

Källa: Vertex

Vertex äger också rätten till kommersialisering och tillverkning av Casgevy, världens första godkända CRISPR/Cas9‑genredigerade terapi, utvecklad i samarbete med CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Följ länken för en fullständig rapport om CRISPR Therapeutics)

Vertex kan förlita sig på sin stabila inkomstström från sin ledande position inom cystisk fibros (en sällsynt sjukdom som var obehandlingsbar innan Vertex’s framgång) för att finansiera all sin expansion till nya terapeutiska områden.

Det bör också dra nytta av den senaste godkännandet av Exa‑cel CRISPR‑genbehandling för blodsjukdomar, Journavx för smärta och Zimislecel för diabetes.

På lång sikt kommer den största påverkan på företagets finanser att komma från den potentiella kommersiella framgången för Journavx att nå de 80+ miljoner potentiella patienterna, en permanent bot för typ‑1‑diabetes som inte kräver anti‑avstötning‑medicin, tillsammans med en permanent genredigeringsbot för cystisk fibros.

Senaste nyheter och utveckling för Vertex (VRTX)-aktien

Refererad studie

^{1. Vlasova, K.Y., Kerr, A., Pennock, N.D. et al.Syntes av joniserbara lipopolymere med split-Ugi-reaktion för pulmonell leverans av RNA av olika storlek och genredigering. Nat Communication16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}