Dit RNA gebaseerde techniek kan gentherapie doeltreffender

Afleveren functionele genen in cellen gemuteerde genen vervanging, een aanpak die bekend staat als gentherapie, houdt potentieel voor de behandeling van vele soorten ziekten. De eerste pogingen om genen te leveren aan zieke cellen gericht op DNA, maar veel wetenschappers zijn nu het verkennen van de mogelijkheid van het gebruik van RNA in plaats, die een verbeterde veiligheid en gemakkelijker levering zou kunnen bieden.

MIT biologische ingenieurs hebben nu een manier bedacht om de expressie van RNA te regelen zodra het wordt in cellen, waardoor ze nauwkeurige controle over de dosis van eiwit dat een patiënt ontvangt. Deze technologie zou kunnen artsen om nauwkeuriger behandeling op maat voor de individuele patiënt mogelijk te maken, en het biedt ook een manier om snel te schakelen de genen uitgeschakeld, indien nodig.

“We kunnen zeer discreet hoe verschillende genen tot expressie te controleren,”Zegt Jacob Becraft, een MIT graduate student en een van de leidende auteurs van de studie, die verschijnt in het oktober. 16 probleem van Nature Chemical Biology. “Historisch, gentherapieën hebben problemen met betrekking tot veiligheid tegengekomen, maar met nieuwe ontwikkelingen in de synthetische biologie, we kunnen geheel nieuwe paradigma's van ‘slimme geneeswijze’ die actief met de eigen cellen van de patiënt om de werkzaamheid en de veiligheid te vergroten creëren.”

Becraft en zijn collega's aan het MIT hebben een bedrijf om deze aanpak verder te ontwikkelen begonnen, met een initiële focus op de behandeling van kanker. Tyler Wagner, een recente Boston University PhD ontvanger, is ook een eerste auteur van het papier. Tasuku Kitada, een voormalig MIT postdoc, en Ron Weiss, een MIT hoogleraar biologische engineering en lid van het Koch Institute, zijn senior auteurs.

RNA ketens

Slechts een paar gentherapieën zijn goedgekeurd voor menselijk gebruik tot nu toe, maar wetenschappers werken aan en testen van nieuwe gentherapie behandelingen voor ziekten zoals sikkelcelanemie, hemofilie, en aangeboren oogziekte, onder vele anderen.

Als hulpmiddel voor gentherapie, DNA kan moeilijk zijn om mee te werken. Tijdens het vervoer synthetische nanodeeltjes, de deeltjes moeten worden afgeleverd aan de kern, die inefficiënt. Virussen zijn veel efficiënter voor DNA-afgifte; echter, ze kunnen immunogeen zijn, moeilijk, en duur om te produceren, en vaak te integreren hun DNA in eigen genoom van de cel, de beperking van hun toepasbaarheid in gentherapieën.

messenger RNA, of mRNA, biedt een meer directe, en niet-permanent, manier om genexpressie cellen veranderen. In alle levende cellen, mRNA draagt ​​kopieën van het DNA in de beschrijving aan organellen genaamd ribosomen cel, waarbij de proteïnes gecodeerd door genen assembleren. daarom, door het leveren van mRNA coderend voor een bepaald gen, wetenschappers kunnen de productie van het gewenste eiwit induceren zonder dat ze genetisch materiaal in de celkern hoeven te krijgen of in het genoom moeten integreren.

Om RNA-gebaseerde gentherapie effectiever te maken, Het MIT-team wilde de productie van therapeutische eiwitten nauwkeurig controleren zodra het RNA de cellen binnendringt. Om dat te doen, ze besloten de principes van synthetische biologie aan te passen, die een nauwkeurige programmering van synthetische DNA-circuits mogelijk maken, naar RNA.

De nieuwe circuits van de onderzoekers bestaan ​​uit één enkele RNA-streng die zowel genen voor de gewenste therapeutische eiwitten als genen voor RNA-bindende eiwitten bevat., die de expressie van de therapeutische eiwitten controleren.

“Vanwege het dynamische karakter van replicatie, de prestaties van de circuits kunnen worden afgestemd om verschillende eiwitten op verschillende tijdstippen tot expressie te laten komen, allemaal van dezelfde RNA-streng,zegt Becraft.

Hierdoor kunnen de onderzoekers de circuits op het juiste moment inschakelen door gebruik te maken van ‘kleine moleculen’ medicijnen die interageren met RNA-bindende eiwitten.. Wanneer een medicijn zoals doxycycline, die al door de FDA is goedgekeurd, wordt aan de cellen toegevoegd, het kan de interactie tussen RNA en RNA-bindende eiwitten stabiliseren of destabiliseren, afhankelijk van hoe het circuit is ontworpen. Deze interactie bepaalt of de eiwitten de RNA-genexpressie blokkeren of niet.

In een eerdere studie, de onderzoekers lieten ook zien dat ze celspecificiteit in hun circuits konden inbouwen, zodat het RNA pas actief wordt in de doelcellen.

Doelgericht op kanker

Het bedrijf dat de onderzoekers begonnen, Strandtherapie, werkt nu aan het aanpassen van deze aanpak aan kankerimmunotherapie – een nieuwe behandelingsstrategie waarbij het eigen immuunsysteem van een patiënt wordt gestimuleerd om tumoren aan te vallen.

Met behulp van RNA, de onderzoekers zijn van plan circuits te ontwikkelen die selectief immuuncellen kunnen stimuleren om tumoren aan te vallen, waardoor het mogelijk wordt tumorcellen te targeten die zijn uitgezaaid naar moeilijk bereikbare delen van het lichaam. Bijvoorbeeld, het is moeilijk gebleken om kankercellen te targeten, zoals longlaesies, met mRNA vanwege het risico op ontsteking van het longweefsel. Met behulp van RNA-circuits, de onderzoekers leveren hun therapie eerst aan gerichte kankerceltypen in de long, en via hun genetische circuits, het RNA zou T-cellen activeren die de uitzaaiingen van de kanker elders in het lichaam zouden kunnen behandelen.

“De hoop is om een ​​immuunrespons op te wekken die in staat is de rest van de metastasen door het hele lichaam op te pikken en te behandelen.,zegt Becraft. “Als je één plek van de kanker kunt behandelen, dan zorgt je immuunsysteem voor de rest, omdat je er nu een immuunrespons tegen hebt opgebouwd.

Met behulp van dit soort RNA-circuits, artsen zouden de doseringen kunnen aanpassen op basis van hoe de patiënt reageert, zeggen de onderzoekers. De circuits bieden ook een snelle manier therapeutisch eiwit productie uit te schakelen in de gevallen waarin het immuunsysteem van de patiënt overstimulated wordt, die kan levensgevaarlijk zijn.

In de toekomst, hopen de onderzoekers de ontwikkeling van meer complexe circuits die zowel diagnostische en therapeutische zou kunnen zijn - eerst een probleem opsporen, zoals een tumor, en dan het produceren van de juiste drug.

Bron:

http://news.mit.edu, door Anne Trafton