Lipid Nanoparticles Make Lung Gene Editing Easier

Paano Ginagawa ng Lipid Nanoparticles ang Gene Editing sa Baga Mas Madali

Kamakailan, ang ilang advanced na gene editing therapies ay naaprubahan, notably for blood diseases like sickle cell disease. Sa teorya, ito ay nagbubukas ng pinto sa maraming gene therapies, lalo na para sa mga bihirang at/o walang gamot na sakit.

Sa praktika, ito ay hindi gaanong simple, dahil ang gene editing technology ay una na dapat makarating sa tamang mga organo at may sapat na transformation rate upang maraming mga cell ng organo ang na-modify. Ibig sabihin nito ay ang isa pang paraan upang mapabuti ang gene therapies ay hindi sa pamamagitan ng mas mahusay na gene editing systems, tulad ng CRISPR, kundi sa pamamagitan ng mas mahusay na delivery systems ng gene editing product.

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

Mga Hamon at mga Hinaharap sa Gene Delivery

Ang ideya ng paghahatid ng genetic material sa mga cell ng tao para sa gene therapies ay hindi isang bagong konsepto, na may mga pagtatangka upang gawin ito mula noong 1980s. Gayunpaman, ito ay limitado ang tagumpay hanggang kamakailan, dahil sa isang kombinasyon ng ilang mga dahilan:

• Mga kahirapan sa pag-integrate ng genetic material sa mga nucleus ng mga cell.
• Mga kahirapan sa pag-target ng insertion ng gene, na nagreresulta sa hindi inaasahang mga mutasyon at mga antas ng gene expression.
• Mga problema sa pagpasa ng genetic material sa mga membrane ng cell.

Ang mga unang dalawang isyu ay unti-unting nagiging mas maayos, kahit na hindi pa rin ganap na naresolba, salamat sa mga teknolohiya tulad ng CRISPR na maaaring magdirekta ng genetic modification patungo sa nucleus ng cell at mag-edit ng isang tiyak na bahagi ng genome.

Ang paghahatid ng genetic material ay isang mas mahirap na problema na malulutas. Sa kasaysayan, ang mga modified na viral particles o electric shock ay ginamit upang mag-edit ng mga cell.

Ang isang mas modernong approach ay ang paggamit ng engineered lipid particles na nag-eencapsulate ng therapy, dahil sa kanilang kakayahan na mag-merge sa mga membrane ng cell. Ito ay partikular na kung paano ang mga mRNA vaccines na ginamit sa panahon ng Covid pandemic ay naghatid ng kanilang mRNA payload.

Mga ito ay dapat din na naglalaman ng mga chemical motifs na nagpoprotekta sa mga molecule ng mRNA mula sa systemic degradation at nagpapadali ng mRNA escape mula sa endosome upang magawa ang efficient na mRNA translation sa loob ng mga cell.

Hanggang ngayon, ang mga unique na delivery method ay dapat na mag-engineer para sa bawat bagong therapy, na na-optimize para sa isang tiyak na sukat ng mRNA o DNA material, at ang mga target na cell at organismo. Ito ay naging isang hadlang sa pagbuo ng mga bagong therapies, at isang malaking regulatory burden sa pag-apruba ng mga bagong tratamento.

Ang Bagong Polymer Chemistry para sa Ligtas na Gene Delivery

Ang Polyethylene imine (PEI) ay isang kemikal na ginamit para sa gene delivery mula sa lipid capsules sa pananaliksik bago, dahil sa mahusay na pagganap nito sa paghahatid ng genetic material. Ngunit ito ay maaari ring magkaroon ng toxic sa mga cell, na naglilimita sa praktikal na aplikasyon nito sa labas ng cultured cells at para sa medisina ng tao.

Ang mga mananaliksik ay naghanap ng solusyon sa isyu na ito sa pamamagitan ng paggamit ng tinatawag na “Ugi multicomponent reaction” upang mag-modify ng kemikal na istraktura ng PEI sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba pang kemikal sa polymer.

Source: Nature Communications

Ito ay maaaring magamit upang lumikha hindi lamang ng isang uri ng modified PEI kundi isang buong library ng modified polymers na maaaring pag-aralan para sa cell toxicity at gene editing potential.

Ang library na ito ay pag-aralan para sa genetic transformation efficiency in vitro sa mga cell ng tao.

Source: Nature Communications

Ang Pagtuklas ng Pinakamahusay na Gene Delivery Polymers

Optimizing Polymer Structure for Gene Editing

Ang pananaliksik ay nakita na may isang sweet spot tungkol sa mass ng polymer (molar mass): too high, at ang mRNA ay hindi released sa loob ng cell; too low, at particle stability ay hindi sapat.

Ang iba pang mga kemikal na katangian ay napakaganda, tulad ng isang mas mataas na modification density, ang pagkakaroon ng sapat na hydrophobic groups, at tertiary amine groups.

Ito ay humantong sa pagtuklas ng isang tiyak na polymer formula na may magandang transfection performance, U155.

Source: Nature Communications

U155 Nanoparticles in Live Animal Models

Ang susunod na hakbang ay ang paglipat mula sa cell cultures patungo sa isang buong organismo, sa kaso ng mga daga.

Ang efficiency ng U155 ay pag-aralan laban sa isang kilalang in-vivo PEI-based gene editing procedure, JetPEI®, commercialized by Sartorius (SRT.DE).

“We demonstrate a multiple order increase of in vivo mRNA delivery to the lungs via systemic administration compared to the traditional PEI formulation standard.

The bioluminescence signal outperformed in vivo JetPEI® at the same dose (5 μg mRNA per mouse) by 50-fold.”

Kapag na-test na ang pangkalahatang prinsipyo ng U155 efficiency sa vivo, ang susunod na hakbang ay ang pag-deploy nito sa isang paraan na magmumukhang tulad ng isang tunay na gene therapy. Ang paghahatid sa baga, isang organo na kilala na mahirap tratuhin sa gene editing, ay pinili.

U155 hybrid polymer-lipid nanoparticles, na pinaghalo sa isang kemikal na tinatawag na DSPG at iba pa, ay ginamit upang i-optimize ang mga nanoparticles para sa mga kondisyon sa baga.

Source: Nature Communications

“The pretreatment increased the expression in the lungs ∼2-fold compared to standard scheme.”

Inflammation at Toxicity Tests

Ang isa pang kritikal na hakbang ay ang pagtiyak na ang mga bagong particles ay hindi lamang efficient sa gene editing sa baga, kundi ligtas at hindi nagdudulot ng hindi inaasahang mga epekto. Partikular na, ang acute lung inflammation ay isang kilalang panganib para sa ganitong tratamento.

Lung histological samples taken 24 h after 5ug nanoparticle injection, revealed no statistically significant difference in immune cell infiltration between U155 and PBS-injected animals and did not show signs of tissue damage.

Source: Nature Communications

Therapeutic Benefits: Lung Cancer at Cystic Fibrosis

Kapag ligtas at nagpapakita ng gene editing, ang lohikal na konklusyon ay na ang ganitong produkto ay dapat na makatulong sa pagtrato ng mga tunay na sakit. Ito ay ang susunod na hakbang na tinest ng mga mananaliksik, sa pamamagitan ng paggamit ng isang mouse model ng lung cancer, at paghahatid ng isang mRNA na nagkodify ng protein interleukin-12 (IL-12).

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

Source: Nature Communications

Ang tratamento ay maaari ring ulitin nang walang negatibong epekto o pagkawala ng efficiency.

IL-12 cytokine concentration was approximately the same after the first and second doses, once again confirming the effectiveness of our platform for multiple dosage administrations.

Ang mga mas malalaking genetic sequences ay din pag-aralan, upang makumpirma ang balidad ng teknolohiyang ito para sa isang mas malawak na spectrum ng posibleng gene editing.

Ang mga mananaliksik ay partikular na nag-test ng paghahatid ng CFTR mRNA (6132 b), isang potensyal na therapeutic approach para sa cystic fibrosis, isang deadly genetic disease.

Hindi lamang ang gene ay na-express nang maayos sa mga tratong daga, kundi ang reactivity ng protein ay din na-test at na-improve ng tratamento.

Source: Nature Communications

Sa huli, ang U155 ay din na-prove na maghatid ng efficient CRISPR-Cas9 therapy sa baga at immune cells, na nagpapakita pa ng potensyal ng mga nanoparticles na ito para sa gene editing.

Source: Nature Communications

Conclusion: Isang Bagong Era para sa Lung Gene Editing?

Ang U155, at posibleng iba pang mga katulad na lipid nanoparticles, ay maaaring maginhawa sa gene editing para sa mga organo na mahirap makamit sa gene editing technology.

Kapag pinagsama sa mabilis na pag-unlad ng CRISPR technology at iba pang mga gene editing methods, tulad ng mRNA technology, ito ay maaaring magpasulong ng trend ng paggamit ng gene therapy upang permanenteng gumaling ng mga sakit na hindi gumagaling.

Pinaka-malamang, ang huling punto ng mga teknolohiyang ito ay hindi lamang ang tumpak na pag-edit ng genome kundi ang pag-customize ng mga nanoparticles para sa bawat organo na target at sa bawat genetic payload.

Investing in Gene Editing

Vertex Pharmaceuticals

Ang Vertex ay ang pinuno sa pagtrato ng Cystic Fibrosis, isang deadly genetic disease, na may 4 na iba’t-ibang tratamento na nagtutarget sa iba’t-ibang mga profile ng pasyente. Para sa mga pasyente na hindi maaaring tratuhin ng kasalukuyang mga therapy, ang Vertex ay may isang gamot sa phase III ng clinical trials, Vanzacaftor. Sila ay din nagtatrabaho sa gene therapy para sa cystic fibrosis gamit ang mRNA technology.

Ang pagtuon sa mga sakit sa baga, partikular na cystic fibrosis, ay nagging dahilan kung bakit ang Vertex ay isang kompanya na maaaring makakuha ng malaking benepisyo mula sa mas mahusay na mga nanoparticles para sa lung gene editing.

Bilang isang buo, ang Vertex ay napakatuon sa R&D, na may 70% ng operating expenses at 3/5th ng mga empleyado na nakatuon sa paghahanap ng mga bagong gamot at therapies.

Ito ay ngayon ay mabilis na lumalaki mula sa isang dating startup at cystic fibrosis specialist patungo sa isang malakas na rare disease-focused pharmaceutical company, partikular na kidney diseases.

Source: Vertex

Bukod sa mga bihirang sakit, ang Vertex ay din nagtatrabaho sa isang therapy para sa type-1 diabetes na tinatawag na Zimislecel (dating VX-880). Ang ideya ay ang pag-inject ng mga insulin-producing cells at paggamit ng anti-rejection medication upang siguruhin na ang mga immune cell ay hindi mag-atake sa mga transplanted cells.

Ang Vertex ay din nakita ang pag-apruba ng kanilang non-opioid pain medication Journavx sa Enero 2025, na may 20,000 na reseta na na-fill 3 buwan pagkatapos.

Source: Vertex

Ang Vertex ay din may karapatan sa komersyalisasyon at paggawa ng Casgevy, ang unang aprubadong CRISPR/Cas9 gene-edited therapy, na binuo sa pakikipagtulungan sa CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Follow the link for a full report on CRISPR Therapeutics)

Ang Vertex ay maaaring umasa sa kanilang matatag na income stream mula sa kanilang nangungunang posisyon sa cystic fibrosis (isang bihirang sakit na hindi tratuhin bago ang tagumpay ng Vertex) upang finansiyahan ang lahat ng kanilang pagpapalawak sa mga bagong therapeutic fields.

Dapat din nilang benepisyuhan mula sa kamakailang aprubasyon ng Exa-cel CRISPR gene therapy para sa mga sakit sa dugo, Journavx para sa sakit, at Zimislecel para sa diabetes.

Sa mahabang panahon, ang pinakamalaking epekto sa kompanya ay magmumula sa potensyal na komersyal na tagumpay ng Journavx upang makamit ang 80+ milyong potensyal na pasyente, isang permanenteng paggaling ng type-1 diabetes na hindi nangangailangan ng anti-rejection medication, at isang permanenteng gene editing cure para sa cystic fibrosis.

Latest Vertex (VRTX) Stock News and Developments

Study Referenced

^{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}