mRNA, eller budbärar-RNA, är en typ av molekyl som transporterar genetisk information från DNA till cellens-proteinframställningsmaskineri. Genom att leverera mRNA till celler kan vi instruera dem att producera vilket protein vi vill, såsom antikroppar, enzymer, hormoner eller vacciner. Detta öppnar upp en ny värld av möjligheter för att behandla olika sjukdomar, från infektionssjukdomar till cancer.
I den här artikeln kommer vi att introducera dig till grunderna för mRNA-terapi, inklusive hur det fungerar, hur det tillverkas, hur det levereras och hur det appliceras. Vi kommer också att dela med oss av några av de senaste framstegen och utmaningarna inom detta spännande område av bioteknik.
Hur fungerar mRNA-terapi?
mRNA-terapi fungerar genom att syntetiska mRNA-molekyler introduceras i celler, där de översätts till funktionella proteiner. Beroende på proteinets typ och syfte kan mRNA-terapi ha olika effekter. Till exempel:
mRNA-vacciner kan utlösa ett immunsvar mot en specifik patogen, såsom det nya coronaviruset som orsakar COVID-19. Genom att leverera mRNA som kodar för ett viralt protein, som spikeproteinet, kan vi stimulera produktionen av antikroppar och T-celler som kan känna igen och eliminera viruset.
mRNA-antikroppar kan ge passiv immunitet mot en sjukdom, såsom rabies eller HIV. Genom att leverera mRNA som kodar för en monoklonal antikropp kan vi ge omedelbart skydd mot ett specifikt antigen, utan att förlita oss på kroppens eget immunsystem.
mRNA-proteinersättning kan återställa funktionen hos ett saknat eller defekt protein, såsom faktor VIII vid hemofili eller dystrofin vid muskeldystrofi. Genom att leverera mRNA som kodar för en normal version av proteinet kan vi korrigera den bakomliggande orsaken till sjukdomen och förbättra symtomen.
mRNA-genredigering kan modifiera genomet av en cell, till exempel att korrigera en mutation eller infoga en ny gen. Genom att leverera mRNA som kodar för programmerbara nukleaser, såsom CRISPR/Cas9, kan vi rikta in och redigera specifika DNA-sekvenser med hög precision och effektivitet.
Hur görs mRNA?
mRNA tillverkas genom en process som kallas in vitro-transkription (IVT), som använder en DNA-mall och ett RNA-polymerasenzym för att syntetisera RNA-molekyler. DNA-mallen innehåller en promotorsekvens och den kodande sekvensen för det önskade proteinet. RNA-polymeraset binder till promotorn och transkriberar DNA:t till RNA.
För att säkerställa att det syntetiska mRNA:t är funktionellt och stabilt i celler görs flera modifieringar under eller efter IVT. Dessa inkluderar:
Capping: lägga till en modifierad nukleotid till 5'-änden av mRNA:t för att skydda det från nedbrytning och förbättra dess translationseffektivitet. Det finns olika typer av kapsyler, såsom Cap 0, Cap 1 och Cap 2, som skiljer sig åt i sina metyleringsnivåer.
Polyadenylering: lägga till en sträng av adeninnukleotider till 3'-änden av mRNA:t för att öka dess stabilitet och halveringstid. Längden på poly(A)-svansen kan variera från 10 till 250 nukleotider.
Optimering: justering av de strukturella komponenterna i mRNA, såsom den 5' otranslaterade regionen (UTR), 3' UTR och den öppna läsramen (ORF), för att förbättra dess uttrycksnivå och aktivitet. Detta kan innebära att optimera kodonanvändningen, introducera funktionella peptider eller signalsekvenser eller lägga till själv-förstärkande element.
Modifiering: ändra den kemiska strukturen hos vissa nukleotider i mRNA för att minska dess immunogenicitet och öka dess stabilitet. Detta kan innebära att uridin ersätts med pseudouridin eller N1-metylpseudouridin, eller att metylgrupper tillsätts till andra positioner.
Hur levereras mRNA?
mRNA-leverans är en av de största utmaningarna inom mRNA-terapi, eftersom mRNA-molekyler är stora, negativt laddade och benägna att nedbrytas av enzymer i biologiska vätskor. Därför utvecklas olika typer av bärare för att skydda och transportera mRNA in i celler. Dessa inkluderar:
Lipidnanopartiklar (LNP): sfäriska partiklar som består av lipider som bildar ett dubbelskikt runt mRNA-molekyler. LNP kan smälta samman med cellmembran och frigöra mRNA i cytoplasman. LNP: er används ofta för mRNA-leverans på grund av deras höga effektivitet och biokompatibilitet. Några exempel på LNP är katjoniska fasta lipidnanopartiklar (SLN), joniserbara lipidnanopartiklar (ILN) och immunstimulerande lipidnanopartiklar (ISLN).
Polymernanopartiklar (PNP): sfäriska partiklar som består av polymerer som bildar en kärna-skalstruktur runt mRNA-molekyler. PNP kan komma in i celler genom endocytos och fly från lysosomer genom protonsvampeffekt eller enzymatisk nedbrytning. PNP:er är mångsidiga och anpassningsbara för olika applikationer. Några exempel på PNP är polyetylenimin (PEI), poly(mjölk-ko-glykolsyra) (PLGA) och kitosan.
Katjoniska nanoemulsioner (CNE): droppar av olja-i-vattenemulsioner som innehåller katjoniska lipider och ytaktiva ämnen. CNE kan interagera med cellmembran och leverera mRNA till cytoplasman. CNE:er är lätta att förbereda och skala upp och kan förbättra immunogeniciteten hos mRNA-vacciner. Några exempel på CNE är DOTAP/DOPE, DOTAP/kolesterol och DOTAP/MCT.
Andra mRNA-tillförselsystem: några andra typer av bärare som har utforskats för mRNA-leverans är protamin-kondenserat mRNA, exosomer, extracellulära vesiklar (EV), mesoporös kiseldioxid och kalciumfosfat (CaP).
Vilka är tillämpningarna av mRNA-terapi?
mRNA-terapi har potential att behandla ett brett spektrum av sjukdomar, från infektionssjukdomar till metabola störningar, från cancer till hjärt-kärlsjukdomar och från genetiska sjukdomar till regenerativ medicin. Några av de nuvarande och framväxande tillämpningarna av mRNA-terapi är:
mRNA-vacciner: mRNA-vacciner kan inducera ett robust och specifikt immunsvar mot olika patogener, såsom SARS-CoV-2, influensavirus, HIV, respiratoriskt syncytialvirus (RSV), herpes simplex-virus (HSV), varicella zoster-virus (VZV), humant cytomegalovirus (HCMV), rabiesvirus, rabiesvirus. mRNA-vacciner har flera fördelar jämfört med traditionella vacciner, såsom snabb utveckling, låg kostnad, hög säkerhet och enkel skalbarhet.
mRNA-antikroppar: mRNA-antikroppar kan ge passiv immunitet mot olika sjukdomar, såsom rabies, HIV, ebola, zika, mjältbrand och covid-19. mRNA-antikroppar har flera fördelar jämfört med konventionella antikroppar, såsom långtidsuttryck, låg immunogenicitet, hög stabilitet och enkel administrering.
mRNA-proteinersättning: mRNA-proteinersättning kan återställa funktionen hos ett saknat eller defekt protein vid olika sjukdomar, såsom hemofili, muskeldystrofi, cystisk fibros, fenylketonuri, Fabrys sjukdom, Gauchers sjukdom och Parkinsons sjukdom. mRNA-proteinersättning har flera fördelar jämfört med proteinterapi, såsom att undvika immunogenicitet, förbättra biotillgängligheten och minska dosering och frekvens.
mRNA-genredigering: mRNA-genredigering kan modifiera genomet hos en cell vid olika sjukdomar, såsom sicklecellanemi, beta-talassemi, Huntingtons sjukdom, Duchennes muskeldystrofi och cystisk fibros. mRNA-genredigering har flera fördelar jämfört med DNA-baserad genterapi, som att undvika integrering i värdgenomet, minska av-måleffekter och öka specificiteten och effektiviteten.
mRNA-cellterapi: mRNA-cellterapi kan manipulera funktionen hos en cell vid olika sjukdomar, såsom cancer, autoimmuna sjukdomar, diabetes och hjärt-kärlsjukdomar. mRNA-cellterapi har flera fördelar jämfört med konventionell cellterapi, såsom att undvika virala vektorer, öka säkerheten och mångsidigheten och underlätta tillverkning och kvalitetskontroll.
Vilka är utmaningarna och möjligheterna med mRNA-terapi?
mRNA-terapi är ett lovande och framväxande bioteknikområde som har visat stor potential för behandling av olika sjukdomar. Det finns dock fortfarande vissa utmaningar och begränsningar som måste övervinnas innan det kan tillämpas brett i klinisk praxis. Dessa inkluderar:
-Förbättring av stabiliteten och leveranseffektiviteten för mRNA-molekyler in vivo
-Reducera immunogeniciteten och toxiciteten hos mRNA-molekyler och -bärare
-Optimera uttrycksnivån och varaktigheten för mRNA-kodade proteiner
-Utvecklar standardiserade protokoll och kvalitetskontrollåtgärder för mRNA-produktion
-Utvärdering av den långsiktiga-säkerheten och effekten av mRNA-terapi hos människor
-Trots dessa utmaningar finns det också många möjligheter och fördelar som gör mRNA-terapi till ett attraktivt alternativ för framtida medicin. Dessa inkluderar:
-Utnyttja flexibiliteten och mångfalden av mRNA-design och -syntes
-Utnyttja den inneboende immunogeniciteten och adjuvansiteten hos mRNA-molekyler
-Utnyttja det övergående uttrycket och reversibiliteten hos mRNA-kodade proteiner
-Undersöka de synergistiska effekterna av att kombinera mRNA-terapi med andra metoder
-Accelerera utvecklingen och godkännandeprocessen för mRNA-produkter
Prisys Biotechnology, ett företag som är specialiserat påforskning om icke-mänskliga primater (NHP).och tjänster för preklinisk läkemedelsutveckling. mRNA-terapi, en typ av molekyl som kan instruera celler att producera vilket protein vi vill, som antikroppar, enzymer, hormoner eller vacciner. Cynomolgus macaques, en art av NHP som delar många likheter med människor när det gäller anatomi, fysiologi, immunologi och genetik. Prisys Biotechnology i mRNA-läkemedelsforskning och -utveckling och NHP-modeller enligt följande:
Prisys Biotechnology har en integrerad plattform av NHP-resurser, sjukdomsmodeller och kliniska sjukhus för att tillhandahålla lösningar för olika sjukdomsområden, såsom immunologi, inflammation, kardiovaskulära sjukdomar, hematologi, lever, njure, lungor och onkologi.
Prisys Biotechnology erbjuder kooperativa utvecklingsalternativ för FoU-samarbeten och innovativ teknik som djupinlärning-baserat 3D-beteendekvantifieringssystem i NHP.
Prisys Biotechnology använder cynomolgus makaker som djurmodell för mRNA-terapi, som är mer tillförlitliga och relevanta än andra djurmodeller, såsom möss eller råttor.
Prisys Biotechnology kan testa potentialen och genomförbarheten av mRNA-terapi för olika sjukdomar genom att mäta den elektriska resistansen, magnetiska egenskaperna, farmakokinetik, toxicitet, immunogenicitet och effektivitet hos mRNA-molekyler och -bärare i NHP.
