Forskare vid Children's Hospital of Philadelphia och School of Engineering and Applied Science vid University of Pennsylvania har identifierat joniserbara lipidnanopartiklar som kan användas för att leverera mRNA som en del av fosterterapi. proof-of-concept-studien, publiceras idag i Vetenskapens framsteg , konstruerat och screenat ett antal lipidnanopartikelformuleringar för att rikta in sig på musfosterorgan och har lagt grunden för att testa potentiella terapier för att behandla genetiska sjukdomar före födseln.

"Detta är ett viktigt första steg för att identifiera icke-viralt medierade metoder för att leverera banbrytande terapier före födseln, " sa co-senior författare William H. Peranteau, MD, en behandlande kirurg vid avdelningen för general, Thoracic and Fetal Surgery och Adzick-McCausland Distinguished Chair in Fetal and Pediatric Surgery vid CHOP. "Dessa lipidnanopartiklar kan ge en plattform för in utero mRNA-leverans, som skulle användas i terapier som fosterproteinersättning och genredigering."

Michael J. Mitchell, Skirkanich biträdande professor i innovation vid Penn Engineerings institution för bioteknik, är den andra medförfattaren till studien.

De senaste framstegen inom DNA-sekvenseringsteknologi och prenatal diagnostik har gjort det möjligt att diagnostisera många genetiska sjukdomar före födseln. Vissa av dessa sjukdomar behandlas med protein- eller enzymersättningsterapier efter födseln, men då, några av sjukdomens skadliga effekter har fått fäste. Således, att tillämpa terapier medan patienten fortfarande är i livmodern har potential att vara effektivare för vissa tillstånd. Den lilla fosterstorleken möjliggör maximal terapeutisk dosering, och det omogna fostrets immunsystem kan vara mer tolerant mot ersättningsterapi.

Av de potentiella vehiklerna för att introducera terapeutisk proteinersättning, mRNA skiljer sig från andra nukleinsyror, som DNA, eftersom den inte behöver komma in i kärnan och kan använda kroppens egna maskiner för att producera de önskade proteinerna. För närvarande, de vanliga metoderna för nukleinsyratillförsel inkluderar virala vektorer och icke-virala tillvägagångssätt. Även om virala vektorer kan vara väl lämpade för genterapi, de kommer med en potentiell risk för oönskad integration av transgenen eller delar av den virala vektorn i mottagargenomet. Således, det finns ett viktigt behov av att utveckla säkra och effektiva icke-virala nukleinsyratillförselteknologier för att behandla prenatala sjukdomar.

För att identifiera potentiella icke-virala leveranssystem för terapeutiskt mRNA, forskarna konstruerade ett bibliotek av lipidnanopartiklar, små partiklar mindre än 100 nanometer i storlek som effektivt tränger in i celler hos möss fostermottagare. Varje lipidnanopartikelformulering användes för att kapsla in mRNA, som administrerades till musfoster. Forskarna fann att flera av lipidnanopartiklarna möjliggjorde funktionell mRNA-leverans till fosterlever och att några av dessa lipidnanopartiklar också levererade mRNA till fostrets lungor och tarmar. De bedömde också lipidnanopartiklarna för toxicitet och fann att de var lika säkra eller säkrare än befintliga formuleringar.

Efter att ha identifierat lipidnanopartiklarna som kunde ackumuleras i fostrets lever, lungor, och tarmar med högsta effektivitet och säkerhet, forskarna testade också den terapeutiska potentialen för dessa designs genom att använda dem för att leverera erytropoietin (EPO) mRNA, eftersom EPO-proteinet är lätt spårbart. De fann att EPO-mRNA-leverans till leverceller hos musfoster resulterade i förhöjda nivåer av EPO-protein i fostrets cirkulation, tillhandahålla en modell för proteinersättningsterapi via levern med användning av dessa lipidnanopartiklar.

"En central utmaning inom genterapiområdet är leveransen av nukleinsyror till målceller och vävnader, utan att orsaka biverkningar i frisk vävnad. Detta är svårt att uppnå hos vuxna djur och människor, som har studerats mycket. Mycket mindre är känt när det gäller vad som krävs för att uppnå in utero nukleinsyraleverans, ", sa Mitchell. "Vi är mycket glada över de första resultaten av vår lipid-nanopartikelteknologi för att leverera mRNA i livmodern på ett säkert och effektivt sätt, som kan öppna nya vägar för lipidnanopartiklar och mRNA-terapi för att behandla sjukdomar före födseln."