(PhysOrg.com) -- Nanoteknikforskare har i flera år vetat att RNA, kusinen till DNA, är ett lovande verktyg för nanoterapi, där terapeutiska medel kan levereras inuti kroppen via nanopartiklar. Men svårigheterna med att producera långvariga, terapeutiskt RNA som förblir stabilt och giftfritt medan det går in i riktade celler har ställt utmaningar för deras framsteg.

I två nya publikationer i tidskriften Molekylterapi , University of Cincinnati (UC) professor i biomedicinsk ingenjör Peixuan Guo, Doktorsexamen, beskriver framgångsrika metoder för att producera stora RNA -nanopartiklar och testa deras säkerhet vid leverans av läkemedel till riktade celler.

Artiklarna, i förväg onlinepublicering, representerar "två mycket viktiga milstolpar inom RNA nanoterapi, säger Guo.

"Ett problem i RNA -terapi är kravet på att generera relativt stora mängder RNA, Säger han. "I denna forskning, vi fokuserade på att lösa det mest utmanande problemet med industriskalig produktion av stora RNA-molekyler genom ett tvådelat tillvägagångssätt, att finna att pRNA kan sättas ihop från två delar av mindre RNA-moduler."

Guo, Dane och Mary Louise Miller begåvade ordförande för biomedicinsk teknik, fungerar som chef för National Cancer Institute (NCI) Alliance for Nanotechnology in Cancer Platform Partnership Program vid UC. Han har fokuserat sin forskning på RNA i årtionden, banbrytande dess användning som en mångsidig byggsten för nanoteknik, eller för konstruktion av funktionella system i molekylär skala. 1987, han upptäckte ett förpacknings -RNA (pRNA) i bakteriofag phi29 -viruset som kan växla en motor för att packa DNA i det virala proteinskalet. 1998, hans labb upptäckte att pRNA kan självmontera eller konstrueras till nanopartiklar för att växla motorn.

I sin senaste forskning, Guo och kollegor beskriver flera tillvägagångssätt för konstruktionen av en funktionell 117-bas pRNA-molekyl som innehåller små störande RNA (siRNA). siRNA har redan visat sig vara ett effektivt verktyg för att tysta gener i celler, men tidigare försök har producerat kemiskt modifierat siRNA som endast varar 15-45 minuter i kroppen och ofta inducerar oönskade immunsvar.

"De pRNA -partiklar vi konstruerade för att hysa siRNA har en halveringstid på mellan fem och 10 timmar i djurmodeller, är giftfria och ger inget immunsvar, Säger Guo. "Den tiofaldiga ökningen av cirkulationstiden i kroppen är viktig i läkemedelsutvecklingen och banar väg mot kliniska prövningar av RNA-nanopartiklar som terapeutiska läkemedel."

Guo säger att storleken på den konstruerade pRNA -molekylen är avgörande för effektiv leverans av läkemedel till sjuka vävnader.

"RNA -nanopartiklar måste ligga inom intervallet 15 till 50 nanometer, ”Säger han, "tillräckligt stor för att hållas kvar av kroppen och inte gå in i celler slumpmässigt, orsakar toxicitet, men tillräckligt liten för att komma in i målcellerna med hjälp av cellytmottagningar.

I tidningen, "Sammansättning av terapeutiska pRNA-siRNA nanopartiklar med hjälp av tvådelat tillvägagångssätt, ”Guo och hans kollegor använde två syntetiska RNA-fragment för att skapa 117-basers pRNA, som kunde sammanfogas ytterligare med andra pRNA-molekyler och fungera i bakteriofagen phi29 virala motor för att packa DNA.

"Det tvådelade tillvägagångssättet i pRNA-syntes övervann utmaningarna med storleksbegränsningar i kemisk syntes av RNA-nanopartiklar, ”Skrev Guo. "De resulterande nanopartiklarna var kompetenta i att leverera och släppa terapier till celler och tysta generna i dem. Möjligheten att kemiskt syntetisera dessa nanopartiklar möjliggör ytterligare kemisk modifiering av RNA för stabilitet och specifik inriktning."

Den andra publikationen, "Farmakologisk karaktärisering av kemiskt syntetiserade monomeriska phi29 -pRNA -nanopartiklar för systemisk leverans, ” bygger på den forskningen, demonstrerar att modifierade tredimensionella pRNA-nanopartiklar lätt tillverkades genom tvådelat tillvägagångssätt. De modifierade nanopartiklarna var resistenta mot vanliga enzymer som kan attackera och bryta ner RNA och förblev kemiskt och metaboliskt stabila.

Vidare, vid leverans till målceller i en djurmodell, nanopartiklarna var icke-toxiska och inducerade inte ett immunsvar, gör att nanopartiklarna kan binda till cancerceller in vivo.

Tidigare studier har inneslutit terapeutiskt siRNA i en polymerbeläggning eller liposom för leverans till celler.

"Så vitt vi vet, detta är de första nakna RNA-nanopartiklarna som har undersökts omfattande farmakologiskt in vivo och visats vara säkra, samt leverera sig till tumörvävnader med en specifik inriktningsmekanism, Säger han. "Det tyder på att pRNA -nanopartiklarna utan beläggning har alla föredragna farmakologiska egenskaper för att fungera som en effektiv nanodeliveringsplattform för breda medicinska tillämpningar."