mRNA’yı nöronlara kim iletiyor?

Pensilvanya Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu bilim insanları, lipit nanopartiküllerin (LNP'ler) yalnızca kan-beyin bariyerini (KBB) geçmekle kalmayıp aynı zamanda nöronlar da dahil olmak üzere belirli hücre türlerini hedef alacak şekilde değiştirdiklerini kaydettiler. Çalışmanın bulguları Nano Letters dergisinde "Beyne Hedeflenen Sistemik mRNA Teslimatı için Peptid İşlevli Lipid Nanopartiküller" başlığıyla yayımlandı. Bu buluş Alzheimer ve Parkinson gibi nörolojik hastalıklar için potansiyel yeni nesil mRNA tedavileri için önemli bir adıma işaret ediyor.

TEDAVİDE ADRESE TESLİM

Bilim insanları, peptidlerin nasıl hassas hedefleme molekülleri olarak hizmet edebildiğini ve LNP'lerin mRNA'yı özgün olarak beynin kan damarlarını ve nöronları kaplayan endotelyal hücrelere iletilmesini sağladığını gösterdi. Bu, nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde anahtar olacak hücre tiplerine mRNA'nın iletilmesinde önemli bir gelişmeyi temsil etmekte. Çünkü bu tür tedaviler için mRNA'nın doğru yere ulaşmasının sağlaması gerekmektedir.

Aynı araştırmacıların önceki çalışmaları, LNP'lerin KBB'yi geçip mRNA'yı beyne iletebildiğini kanıtlamıştı, ancak LNP'lerin hangi hücreleri hedeflediğini kontrol edilmeye çalışılmamıştı.

Biyomühendislik alanında uzman Doç. Dr. Michael J. Mitchell, ilk çalışmalarının, kavram kanıtı niteliğindeki bir lipit nanoparçacık tasarımı olduğuna dikkat çekti. Dr. Mitchell “Pennsylvania'dan Kaliforniya'ya bir paket gönderebileceklerini göstermek gibi olduğunu, ama paketin Kaliforniya'da nereye varacağı hakkında hiçbir fikirlerinin olmadığı” benzetmesini yaptı. Araştırmacılar, bu çalışmada artık peptitlerle paketi, kırmızı posta kutusu olan her ev gibi ortak özelliklere sahip belirli hedeflere yönlendirebiliyor.

BEYNE ERİŞMENİN ZORLUĞU

KBB'yi geçmek zordur çünkü yapı, çoğu ilaç da dahil olmak üzere neredeyse her türlü tehlikeli veya yabancı molekülü dışarıda tutacak şekilde gelişmiştir; mRNA molekülleri çoğu farmasötik madde gibi bariyeri geçemeyecek kadar büyüktür. KBB ayrıca tehlikeli gördüğü malzemeleri de aktif olarak dışarı atar.

Dr. Mitchell Laboratuvarı'nda doktora öğrencisi Emily Han, "Bir tedavinin doğrudan beyne veya omurgaya enjekte edilebileceğini, ancak bunların son derece invaziv prosedürker olduğunu" belirtti.

KBB, yağda çözünen moleküllerin geçmesine izin verdiği için (alkol ve THC gibi, bu maddelerin beyni etkilemesinin nedeni budur), kısmen günlük yağlarda bulunan aynı aileden yağ bileşikleri ailesinden yapılan LNP'lerin belirli formülleri beyine girebilir.

Şimdiye kadar, LNP'lerle belirli organları hedeflemeye yönelik araştırmaların çoğu, bunları biyolojik isim etiketleri gibi işlev gören büyük proteinler olan antikorlarla birleştirmeye odaklandı. Han, "Antikorların LNP'lerin üzerine koyulduğunda, bunların kararsız hale gelebileceği ve boyutlarının daha büyük olabileceğini, bunun da bariyeri aşmayı gerçekten zorlaştırdığını" belirtti.

YARASA YOL GÖSTERDİ

Yüzlerce amino asit uzunluğunda olabilen antikorların aksine, peptidler yalnızca düzinelerce amino asit uzunluğundadır. Daha küçük boyutları, LNP'lere çok sayıda yerleştirilmesinin daha kolay olmasının yanısıra üretiminin de daha ucuz olduğu anlamına geliyor. Peptidlerin, LNP formülasyonu sırasında birikme veya istenmeyen bağışıklık tepkilerini tetikleme olasılığı da antikorlara göre çok daha azdır.

Peptid kullanma seçimi, Han ile odasına uçan ve potansiyel olarak onu kuduza maruz bırakacak bir yarasanın beklenmedik karşılaşmasıyla başladı. Han, hastalığa karşı aldığı aşıları araştırırken, kuduz virüsünün KBB'yi geçme yollarından birinin kuduz virüsü glikoproteini aracılığıyla olduğunu öğrendi. Han "Daha sonra en umut verici hedefleme peptidlerinden birine rastladığına" dikkat çekti. Bu proteinin 29 amino asitlik bir segmenti olan RVG29 olarak bilinen bir molekül.

Peptitlerin amaçlandığı gibi çalıştığını doğrulamak için araştırmacıların öncelikle LNP'lere bağlı kaldıklarını doğrulamaları gerekiyordu. Han, "LNP'lerin nükleik asitler, lipitler ve peptitlerin karmaşık bir karışımı olduğunu" vurguladı. Araştırmacılar diğer tüm sinyallere karşı peptitleri seçmek için ölçüm yöntemlerini optimize etmek zorundaydı.

SIRADA ADRESLERİ BELİRLEMEK VAR

Araştırmacılar, peptitlerin LNP'lere yapıştığını öğrendikten sonra, peptit işlevselleştirilmiş LNP'lerin (pLNP'ler) hayvan modellerinde gerçekten amaçlanan hedeflere ulaşıp ulaşmadığını belirlemek zorundaydı. Bunu ayarlamak gerçekten zor, çünkü beyinde ölçümleri etkileyebilecek çok fazla farklı hücre türü ve çok fazla yağ var…

Han, 6 aydan fazla bir süre boyunca, neredeyse bir tamircinin motoru parçalarına ayırması gibi, beyin dokusunu dikkatlice parçalara ayıracak bir protokol üzerinde çalıştı. Daha sonra araştırma ekibi, semptomları anlamlı bir şekilde hafifletmek veya nörolojik hastalıkları potansiyel olarak tedavi etmek için nöronların hangi kısmının pLNP'lerle tedavi edilmesi gerektiğini belirlemeyi amaçlıyor. Araştırmacıların yukarıda yaptığı benzetmeye dönecek olursak, bunları kırmızı posta kutusu olan her eve mi yoksa %10'una mı göndermesi gerekiyor? Nöronların yüzde 10’u yeterli olacak mı?

Bu soruyu yanıtlamak, daha etkili dağıtım stratejilerinin geliştirilmesine yol gösterecek ve Alzheimer, Parkinson vd. beyin hastalıklarına yönelik mRNA tabanlı tedavi vaatlerini gerçeğe yaklaştıracak.

Orijinal makale erişim sayfası: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c05186