DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1540192
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39911386
تاريخ النشر: 2025-01-22
المؤلف: Jingjing Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: التداخل RNA وتوصيل الجينات
نظرة عامة
الببتيدات المخترقة للخلايا (CPPs) هي ببتيدات مشحونة إيجابياً معروفة بقدرتها على اختراق أغشية الخلايا، مما يجعلها أدوات قيمة لتوصيل الأدوية. سهولة تصنيعها وإمكانية تعديلها – مثل التدوير، وإدخال الأحماض الأمينية غير الطبيعية، وارتباط الدهون – تعزز من فائدتها في توصيل مجموعة متنوعة من العوامل العلاجية، بما في ذلك الجزيئات الصغيرة، والحمض النووي، والـ siRNA، والبروتينات العلاجية. ومع ذلك، فإن التحديات مثل ضعف الاستقرار في المصل، وانخفاض القدرة على استهداف الأورام، ومخاطر السمية غير المحددة الناتجة عن التعديلات غير المناسبة تحد من تطبيقاتها الأوسع. تستعرض هذه الورقة التقدمات الأخيرة في تطبيقات CPPs لعلاج السرطان، وتحلل الإيجابيات والسلبيات لتعديلات CPP المختلفة وتلخص التقدم الأخير في التجارب السريرية.
تشير النتائج إلى أن CPPs يمكن أن توصل المركبات النشطة بيولوجياً إلى الخلايا بشكل فعال، خاصة لعلاج السرطان، مع الحفاظ على سمية خلوية منخفضة وكفاءة نقل عالية. على الرغم من إمكانياتها، تواجه CPPs تحديات كبيرة، بما في ذلك عدم الاستقرار الكيميائي الحيوي وأوقات نصف الحياة القصيرة. يتم توجيه الأبحاث المستقبلية نحو تعزيز استقرار CPP من خلال الربط التساهمي مع الجزيئات الحيوية أو التجميع غير التساهمي مع الناقلات النانوية، أو الحويصلات الدهنية، أو الميسلات. بالإضافة إلى ذلك، يتم استكشاف إدخال الأحماض الأمينية غير الطبيعية لتحسين الخصائص الدوائية، مما قد يسهل الترجمة السريرية لـ CPPs إلى أنظمة توصيل فعالة في الجسم.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات التي تواجه الجزيئات العلاجية، وخاصة تلك التي تستهدف المواقع داخل الخلوية، بسبب طبيعتها الكارهة للماء وانخفاض توافرها الحيوي. حدثت اختراقات كبيرة في أواخر الثمانينيات عندما حددت مجموعة غرين أن مجالات نقل البروتين (PTD) للبروتين المحفز لنسخ فيروس نقص المناعة البشرية Tat يمكن أن تخترق أغشية الخلايا في المختبر، مع كون تسلسل الأحماض الأمينية RKKRRQRRR حاسماً لهذه الامتصاص الخلوي. أدى هذا الاكتشاف إلى تصنيف الببتيدات المخترقة للخلايا (CPPs)، والتي تكون عادةً كاتيونية وتتكون من تسلسلات قصيرة (أقل من 40 حمضاً أمينياً) قادرة على نقل شحنات متنوعة إلى داخل الخلايا.
يمكن تصنيف CPPs بناءً على تركيبها من الأحماض الأمينية، بما في ذلك الببتيدات الكاتيونية، والأنونية، والأمفيباثية، والكارهة للماء. تستخدم آليات مختلفة للدخول الخلوي، مثل التفاعلات الكهروستاتيكية مع مكونات الأغشية المشحونة سلباً أو التفاعلات الكارهة للماء مع مناطق الأغشية. على الرغم من إمكانياتها، لا تزال الآليات الدقيقة التي تحكم امتصاص CPP غير مفهومة تمامًا وقد تختلف حسب نوع الشحنة، والتركيز، ودرجة الحرارة. تهدف هذه المراجعة إلى استكشاف دور CPPs في التوصيل داخل الخلايا، مع التركيز على استراتيجيات مثل الربط التساهمي والتجميع الذاتي، مع مناقشة التقدمات السريرية الأخيرة والتحديات في ترجمة CPPs إلى علاجات سريرية فعالة.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة الضوء على التقدمات في أنظمة توصيل الأدوية التي تستخدم الببتيدات المخترقة للخلايا (CPPs) من خلال الربط التساهمي مع مجموعة متنوعة من العوامل العلاجية، بما في ذلك الجزيئات الصغيرة، والبروتينات، والجسيمات النانوية، والأحماض النووية. تسهل CPPs نقل الجزيئات الحيوية عبر أغشية الخلايا، مما يعزز من التوافر الحيوي والفعالية العلاجية للأدوية التي عادة ما تواجه صعوبة في النفاذ الخلوي. لقد أظهر الربط التساهمي لـ CPPs مع العوامل العلاجية، مثل مركبات الأجسام المضادة والأدوية (ADCs) ومركبات الببتيد والأدوية (PDCs)، تحسيناً في انتقائية الأورام وتقليل التأثيرات غير المستهدفة، مما يزيد من عمر النصف واستقرار الشحنة الموصلة.
تناقش هذه القسم أيضًا أمثلة محددة من الربط الناجح لـ CPP، مثل قدرة ببتيد CL على تعزيز نقل الجزيئات الصغيرة، وتطوير ببتيدات مخترقة للخلايا قابلة للتفعيل (ACPPs) للعلاج المستهدف للأورام، واستخدام CPPs بالتزامن مع الجسيمات النانوية لتحسين توصيل الأدوية. ومن الجدير بالذكر أن دمج CPPs مع الجسيمات النانوية، بما في ذلك الجسيمات النانوية الذهبية والأنظمة القائمة على البوليمر، أظهر إمكانيات كبيرة في تعزيز امتصاص الخلايا وقدرات الاستهداف، خاصة في علاج السرطان. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد الورقة على وعد CPPs في توصيل الأحماض النووية، متجاوزة التحديات المرتبطة بالشحنة السلبية للـ RNA، وتسهيل تطبيقات العلاج الجيني. بشكل عام، تؤكد النتائج على تعددية وفعالية CPPs في تطوير تقنيات توصيل الأدوية وتحسين النتائج العلاجية في سياقات طبية متنوعة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1540192
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39911386
Publication Date: 2025-01-22
Author(s): Jingjing Du et al.
Primary Topic: RNA Interference and Gene Delivery
Overview
Cell-penetrating peptides (CPPs) are positively charged peptides known for their ability to permeate cell membranes, making them valuable tools for drug delivery. Their ease of synthesis and potential for functionalization—such as cyclization, incorporation of unnatural amino acids, and lipid conjugation—enhance their utility in delivering a variety of therapeutic agents, including small molecules, DNA, siRNA, and therapeutic proteins. However, challenges such as poor serum stability, low tumor targeting ability, and the risk of nonspecific toxicity from inappropriate modifications limit their broader application. This paper reviews recent advancements in CPP applications for cancer therapy, analyzing the pros and cons of various CPP modifications and summarizing recent clinical trial progress.
The findings indicate that CPPs can effectively deliver biologically active compounds into cells, particularly for cancer treatment, while maintaining low cytotoxicity and high transduction efficiency. Despite their potential, CPPs face significant challenges, including biochemical instability and short half-lives. Future research is directed towards enhancing CPP stability through covalent coupling with biomolecules or non-covalent assembly with nanocarriers, liposomes, or micelles. Additionally, the incorporation of non-natural amino acids is being explored to improve pharmacokinetic properties, which may facilitate the clinical translation of CPPs into effective systemic delivery systems.
Introduction
The introduction highlights the challenges faced by therapeutic molecules, particularly those targeting intracellular sites, due to their hydrophobic nature and low bioavailability. A significant breakthrough occurred in the late 1980s when Green’s group identified that the protein-transduction domains (PTD) of the HIV transcription-activating protein Tat could penetrate cell membranes in vitro, with the amino acid sequence RKKRRQRRR being crucial for this cellular uptake. This discovery led to the classification of cell-penetrating peptides (CPPs), which are typically cationic and consist of short sequences (less than 40 amino acids) capable of transporting various cargoes into cells.
CPPs can be categorized based on their amino acid composition, including cationic, anionic, amphipathic, and hydrophobic peptides. They utilize different mechanisms for cellular entry, such as electrostatic interactions with negatively charged membrane components or hydrophobic interactions with membrane regions. Despite their potential, the precise mechanisms governing CPP uptake remain incompletely understood and may vary with cargo type, concentration, and temperature. This review aims to explore the role of CPPs in intracellular delivery, focusing on strategies like covalent conjugation and self-assembly, while also discussing recent clinical advancements and the challenges in translating CPPs into effective clinical therapies.
Discussion
The discussion section of the paper highlights the advancements in drug delivery systems utilizing cell-penetrating peptides (CPPs) through covalent conjugation with various therapeutic agents, including small molecules, proteins, nanoparticles, and nucleic acids. CPPs facilitate the transport of biomolecules across cell membranes, enhancing the bioavailability and therapeutic efficacy of drugs that typically struggle with cellular permeability. The covalent coupling of CPPs to therapeutic agents, such as antibody-drug conjugates (ADCs) and peptide-drug conjugates (PDCs), has shown to improve tumor selectivity and reduce off-target effects, thereby increasing the half-life and stability of the delivered cargo.
The section further discusses specific examples of successful CPP conjugations, such as the CL peptide’s ability to enhance small molecule transport, the development of activatable cell-penetrating peptides (ACPPs) for targeted tumor therapy, and the use of CPPs in conjunction with nanoparticles for improved drug delivery. Notably, the integration of CPPs with nanoparticles, including gold nanoparticles and polymer-based systems, has demonstrated significant potential in enhancing cellular uptake and targeting capabilities, particularly in cancer therapy. Additionally, the paper emphasizes the promise of CPPs in delivering nucleic acids, overcoming challenges associated with the negative charge of RNA, and facilitating gene therapy applications. Overall, the findings underscore the versatility and effectiveness of CPPs in advancing drug delivery technologies and improving therapeutic outcomes in various medical contexts.