Ang Lipid Nanoparticles ay Nagpapadali ng Gene Editing sa Baga

Paano Pinapagana ng Lipid Nanoparticles ang Gene Editing sa Baga

Kamakailan, ilang advanced na therapy ng gene editing ang naaprubahan, partikular para sa mga sakit sa dugo tulad ng sickle cell disease. Sa teorya, binubuksan nito ang pinto para sa mas marami pang gene therapy, lalo na para sa mga bihira at/o hindi magagamot na sakit.

Sa praktika, hindi ito ganoon kasimple, dahil ang teknolohiya ng gene editing ay kailangang maabot muna ang tamang mga organo at magkaroon ng sapat na antas ng transformasyon upang maraming selula ng organo ang mabago. Ibig sabihin, ang isa pang paraan upang mapabuti ang gene therapy ay hindi sa pamamagitan ng mas mahusay na gene editing system tulad ng CRISPR, kundi sa pamamagitan ng mas mahusay na delivery system ng produktong gene editing.

Ito ang pinagtatrabahuhan ng mga mananaliksik mula sa Oregon State University at University of Helsinki (Finland). Inilathala nila ang kanilang pinakabagong resulta sa Nature Communication¹, sa pamagat na “Synthesis of ionizable lipopolymers using split-Ugi reaction for pulmonary delivery of various size RNAs and gene editing”.

Mga Hamon at Pamamaraan sa Gene Delivery

Ang ideya ng paghahatid ng genetic material sa mga selula ng tao para sa gene therapy ay hindi bago, na sinusubukan mula pa noong 1980s. Gayunpaman, limitado lamang ang tagumpay nito hanggang kamakailan, dahil sa pagsasama ng ilang dahilan:

• Mga kahirapan sa pag-integrate ng genetic material sa nucleus ng mga selula.
• Mga kahirapan sa pagtutok ng pagpasok ng gene, na nagdudulot ng hindi gustong mutasyon at hindi matiyak na antas ng gene expression.
• Mga problema sa pagdaan ng genetic material sa gene membrane.

Ang unang dalawang isyu ay unti-unting gumaganda, kahit na hindi pa ganap na nalulutas, salamat sa teknolohiyang tulad ng CRISPR na maaaring magdirekta ng genetic modification patungo sa nucleus ng selula at eksaktong i-edit ang isang bahagi ng genome.

Ang paghahatid ng genetic material ay naging mas mahirap na problema. Sa kasaysayan, ginamit ang mga binagong viral particle o electric shock upang baguhin ang selula.

Isang mas modernong pamamaraan ay ang paggamit ng engineered lipid particles na nag-e-encapsulate ng therapy, dahil sa kanilang kakayahang magsanib sa membrane ng selula. Ito ay partikular na paraan kung paano naihatid ng karamihan sa mga mRNA vaccine na ginamit noong pandemya ng Covid ang kanilang mRNA payload.

Dapat ding maglaman ang mga particle na ito ng mga kemikal na motif na nagpoprotekta sa mga mRNA molecule mula sa systemic degradation at nagpapadali ng pag-alis ng mRNA mula sa endosome upang mapahintulutan ang epektibong pagsasalin ng mRNA sa mga functional na protina sa loob ng mga selula.

Sa ngayon, kailangang i-engineer ang natatanging mga pamamaraan ng delivery para sa bawat bagong therapy, na ini-optimize para sa tiyak na laki ng mRNA o DNA material, at sa mga target na selula at organismo. Ito ay naging hadlang sa pag-develop ng mga bagong therapy, at nagdulot din ng malaking regulatory burden sa pag-apruba ng mga bagong paggamot.

Bagong Kimika ng Polymer para sa Mas Ligtas na Gene Delivery

Ang Polyethylene imine (PEI) ay isang kemikal na ginamit na para sa gene delivery mula sa lipid capsules sa pananaliksik, dahil sa mahusay nitong performance sa paghahatid ng genetic material. Ngunit maaari rin itong maging toxic sa mga selula, na naglilimita sa praktikal na aplikasyon nito labas ng cultured cells at para sa medisina ng tao.

Sinubukan ng mga mananaliksik na lutasin ang isyung ito sa pamamagitan ng tinatawag na “Ugi multicomponent reaction” upang baguhin ang kemikal na estruktura ng PEI sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba pang kemikal sa polymer.

Pinagmulan: Nature Communications

Ang metodong ito ay maaaring gamitin upang lumikha hindi lamang ng isang uri ng binagong PEI kundi ng buong library ng mga binagong polymer na maaaring subukan para sa toxicity ng selula at potensyal ng gene editing.

Ang library na ito ay sinubukan para sa kahusayan ng genetic transformation in vitro sa mga selulang tao.

Pinagmulan: Nature Communications

Pagdiskubre sa Pinakamabisang Gene Delivery Polymers

Pag-optimize ng Estruktura ng Polymer para sa Gene Editing

Natuklasan ng pananaliksik na mayroong tamang balanse sa masa ng polymer (molar mass): kung masyadong mataas, hindi nailalabas ang mRNA sa selula; kung masyadong mababa, hindi sapat ang katatagan ng particle.

Iba pang kemikal na katangian ang napatunayang kapaki-pakinabang, tulad ng mas mataas na density ng modification, pagkakaroon ng sapat na hydrophobic na grupo, at tertiary amine groups.

Ito ay nagdala sa pagtukoy ng isang tiyak na formula ng polymer na may magagarang performance sa transfection, ang U155.

Pinagmulan: Nature Communications

U155 Nanoparticles sa Mga Live na Modelo ng Hayop

Ang susunod na hakbang ay ang paglipat mula sa cell culture patungo sa buong organismo, sa kasong ito, mga daga.

Sinubukan ang kahusayan ng U155 laban sa kilalang in-vivo na PEI-based gene editing procedure, JetPEI®, na komersiyal ng Sartorius (SRT.DE).

“Ipinapakita namin ang maraming beses na pagtaas ng in vivo mRNA delivery sa mga baga sa pamamagitan ng systemic administration kumpara sa tradisyunal na PEI formulation standard.

Ang signal ng bioluminescence ay lumagpas sa in vivo JetPEI® sa parehong dosis (5 μg mRNA bawat daga) ng 50 beses.”

Matapos masubukan ang pangkalahatang prinsipyo ng kahusayan ng U155 in vivo, ang susunod na hakbang ay ilapat ito sa paraang kahalintulad ng tunay na gene therapy. Pinili ang paghahatid sa baga, isang organ na kilalang mahirap gamutin gamit ang gene editing.

Ginamit ang U155 hybrid polymer-lipid nanoparticles, na hinaluan ng kemikal na tinatawag na DSPG at iba pa, upang i-optimize ang mga nanoparticle para sa kondisyon sa mga baga.

Pinagmulan: Nature Communications

“Ang pretreatment ay nagtaas ng expression sa mga baga humigit-kumulang 2 beses kumpara sa standard scheme.”

Mga Pagsusuri sa Inflammation at Toxicity

Isa pang kritikal na hakbang ay tiyaking ang mga bagong particle ay hindi lamang epektibo sa gene editing sa baga, kundi ligtas at hindi nagdudulot ng hindi kanais-nais na side effect. Partikular, ang acute lung inflammation ay kilalang panganib para sa ganitong paggamot.

Ang mga histological sample ng baga na kinuha 24 oras matapos ang 5µg na injection ng nanoparticle, ay nagpakita ng walang makabuluhang pagkakaiba sa infiltration ng immune cells sa pagitan ng mga hayop na in-inject ng U155 at PBS, at walang senyales ng pinsala sa tisyu.

Pinagmulan: Nature Communications

Mga Benepisyo sa Terapi: Lung Cancer at Cystic Fibrosis

Kung ligtas at epektibo ang gene editing, ang lohikal na konklusyon ay dapat makatulong ang produktong ito sa paggamot ng mga aktwal na sakit. Ito ang susunod na hakbang na sinuri ng mga mananaliksik, gamit ang mouse model ng lung cancer, at paghahatid ng mRNA na nagko-code para sa protina interleukin-12 (IL-12).

Ang mga daga na in-inject ng U155 ay nagpakita ng mas mahabang survival rate, at ang paglaki ng tumor ay bumagal nang malaki.

Pinagmulan: Nature Communications

Ang paggamot ay maaaring ulitin nang walang negatibong side effect o pagkawala ng kahusayan.

Ang konsentrasyon ng IL-12 cytokine ay halos pareho pagkatapos ng unang at ikalawang dosis, na muling nagpapatunay ng pagiging epektibo ng aming platform para sa maraming dosage administrations.

Sinubukan din ang mas malalaking genetic sequences, upang suriin ang bisa ng teknolohiyang ito para sa mas malawak na spectrum ng posibleng gene editing.

Partikular, sinuri ng mga mananaliksik ang paghahatid ng CFTR mRNA (6132 b), isang potensyal na therapeutic approach para sa cystic fibrosis, isang nakamamatay na genetic disease.

Hindi lamang mahusay na naipahayag ang gene sa mga ginamot na daga, kundi nasubukan din at napabuti ang reaktibidad ng protina sa pamamagitan ng paggamot.

Pinagmulan: Nature Communications

Sa huli, napatunayan din na ang U155 ay nakapaghatid ng epektibong CRISPR-Cas9 therapy sa baga at mga immune cell, na nagpapakita pa ng potensyal ng mga nanoparticle na ito para sa gene editing.

Pinagmulan: Nature Communications

Konklusyon: Isang Bagong Panahon para sa Gene Editing sa Baga?

Ang U155, at posibleng iba pang katulad na lipid nanoparticles, ay maaaring magbago ng laro sa gene editing para sa mga organong hanggang ngayon ay mahirap maabot ng teknolohiyang gene editing.

Kasama ang mabilis na pag-unlad ng teknolohiyang CRISPR at iba pang gene editing methods, tulad ng mRNA technology, maaaring mapabilis nito ang trend ng paggamit ng gene therapy upang permanenteng pagalingin ang mga hindi magagamot na sakit, sa halip na gamutin lamang ang mga sintomas.

Malamang, ang huling layunin ng mga teknolohiyang ito ay hindi lamang ang tumpak na katumpakan sa bahagi ng genome na ini-edit kundi pati na rin ang mga customized na nanoparticle na iniangkop sa bawat target na organ at bawat genetic payload.

Pamumuhunan sa Gene Editing

Vertex Pharmaceuticals

Ang Vertex ay nangunguna sa paggamot ng Cystic Fibrosis, isang nakamamatay na genetic disease, na may 4 na iba’t ibang therapy na tumatarget sa iba’t ibang profile ng pasyente. Para sa mga pasyenteng hindi matutugunan ng kasalukuyang mga therapy, may gamot ang Vertex na nasa phase III ng clinical trials, ang Vanzacaftor. Nagsusulong din sila ng gene therapy para sa cystic fibrosis gamit ang mRNA technology.

Ang pagtutok sa mga sakit sa baga, partikular ang cystic fibrosis, ay ginagawang kumpanya ang Vertex na maaaring makinabang nang malaki mula sa mas mahusay na nanoparticle para sa gene editing sa baga.

Sa kabuuan, ang Vertex ay lubos na nakatuon sa R&D, na may 70% ng operating expenses at 3/5^th ng mga empleyado na nakatalaga sa paghahanap ng mga bagong gamot at therapy.

Mabilis na ito ay lumalawak mula sa dating startup at espesyalista sa cystic fibrosis patungo sa isang malakas na pharmaceutical company na nakatuon sa mga rare disease, partikular ang mga sakit sa bato.

Pinagmulan: Vertex

Bukod sa mga rare disease, nagtatrabaho rin ang Vertex sa isang therapy para sa type-1 diabetes sa pamamagitan ng programang tinatawag na Zimislecel (dating VX-880). Ang ideya ay mag-inject ng mga selulang gumagawa ng insulin at gumamit ng anti-rejection medication upang matiyak na hindi aatakihin ng immune cells ang mga transplanted na selula.

Ang ikalawang pamamaraan ay nag-e-encapsulate ng parehong mga selula sa isang device na surgically na ilalagay sa katawan. Ang mga device na ito ay dinisenyo upang protektahan ang mga selula mula sa immune system ng katawan at alisin ang pangangailangan ng anti-rejection medication.

Nakita rin ng Vertex na ang kanilang non-opioid pain medication na Journavx ay naaprubahan noong Enero 2025, na may 20,000 na reseta na naibigay tatlong buwan pagkatapos.

Pinagmulan: Vertex

Pag-aari din ng Vertex ang karapatan sa komersyalisasyon at paggawa ng Casgevy, ang kauna-unahang aprubadong CRISPR/Cas9 gene-edited therapy sa mundo, na binuo sa pakikipagtulungan sa CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Sundan ang link para sa buong ulat tungkol sa CRISPR Therapeutics)

Maaaring umasa ang Vertex sa matatag nitong kita mula sa nangungunang posisyon nito sa cystic fibrosis (isang rare disease na hindi magagamot bago ang tagumpay ng Vertex) upang pondohan ang lahat ng pagpapalawak nito sa mga bagong larangan ng therapy.

Dapat din itong makinabang mula sa kamakailang pag-apruba ng Exa-cel CRISPR gene therapy para sa mga sakit sa dugo, Journavx para sa sakit, at Zimislecel para sa diabetes.

Sa pangmatagalan, ang pinakamalaking epekto sa pananalapi ng kumpanya ay magmumula sa potensyal na komersyal na tagumpay ng Journavx upang maabot ang higit sa 80 milyong potensyal na pasyente, isang permanenteng lunas para sa type-1 diabetes na hindi nangangailangan ng anti-rejection medication, kasama ang permanenteng gene editing cure para sa cystic fibrosis.

Pinakabagong Balita at Pag-unlad ng Stock ng Vertex (VRTX)

Pag-aaral na Binanggit

^{1. Vlasova, K.Y., Kerr, A., Pennock, N.D. et al.Synthesis of ionizable lipopolymers using split-Ugi reaction for pulmonary delivery of various size RNAs and gene editing. Nat Communication16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}