DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-024-01847-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39900620
تاريخ النشر: 2025-02-03
المؤلف: Stijn R. J. Hofstraat وآخرون
الموضوع الرئيسي: التداخل RNA وتوصيل الجينات
نظرة عامة
تقدم البحث تطوير منصة متقدمة من الجسيمات النانوية (aNP) مصممة للتوصيل المستهدف للأحماض النووية، وخاصة إلى خلايا المناعة وخلايا الجذع والنواة الدموية (HSPCs) في نخاع العظام. تمثل الجسيمات النانوية (aNPs)، التي تتميز بقطر يبلغ حوالي 91 نانومتر وتوزيع حجم موحد، بنية هيكلية كروية قشرية مشابهة للجسيمات النانوية غير المعلمة. تتيح هذه المنصة الدمج المستقر لمجموعة متنوعة من حمولات الأحماض النووية، مما يمكّن من ضبط الخصائص لتحسين توصيل RNA.
تسلط الدراسة الضوء على دور البروتينات الدهنية، وخاصة البروتينات الدهنية عالية الكثافة (HDL)، في استقلاب الدهون ونقل RNA داخل جسم الإنسان. بينما غالبًا ما تعرض الاستراتيجيات الحالية لتوصيل RNA الحمولة للبيئات الخارجية، تم تصميم منصة aNP خصيصًا لاستهداف خلايا المناعة، مما يحقق تنظيمًا فعالًا للجينات في خلايا النخاع الدموية وHSPCs. يقترح المؤلفون أن التفاعلات بين aNPs وهذه الخلايا تتم بشكل أساسي بواسطة البروتين الدهني A1، على الرغم من أنه قد تكون هناك بروتينات دهنية أخرى موجودة أيضًا. تُعتبر تقنية aNP أداة واعدة للتطبيقات العلاجية في تنظيم المناعة، والتطعيم، وتحرير الجينات للأمراض الوراثية، مع مزايا في التوافق الحيوي، والتجزئة، وقابلية التوسع للاستخدام السريري.
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون تطوير وتحسين الجسيمات النانوية البروتينية (aNPs) لتوصيل siRNA، موضحين عملية التصميم التكرارية التي أدت إلى مكتبة من 72 تركيبة متميزة من aNP-siRNA. تم تمييز التركيبات من خلال الحفاظ على مستويات ثابتة من siRNA وapoA1 مع تغيير كميات الكوليسترول، والترايكابريلين، والدهون الكاتيونية القابلة للتأين MC3. تسلط الدراسة الضوء على الدور الحاسم لهذه المكونات في تحقيق الاستقرار الهيكلي ودمج siRNA بشكل فعال في قلب aNP. من الجدير بالذكر أن المؤلفين وجدوا أنه بينما تحسنت التركيبات المعتمدة على DMPC مع زيادة الترايكابريلين، لم تظهر التركيبات المعتمدة على POPC تحسينات مماثلة.
اختار المؤلفون ثماني تركيبات aNP تمثيلية للاختبار في الجسم الحي، مما يوضح قدرتها على كتم تعبير بروتين الغشاء المرتبط بالليزوزوم 1 (Lamp1) في مجموعات مختلفة من خلايا المناعة في الفئران. من بين هذه، أظهرت aNP 18، وهي تركيبة تعتمد على DMPC بدون ترايكابريلين، خصائص واعدة، بما في ذلك استرداد siRNA عالي واستقرار على مر الزمن. كشفت دراسات توزيع الأحياء في الجسم الحي عن تراكم كبير لـ aNP 18 في نخاع العظام والطحال، مما يشير إلى إمكانيتها لاستهداف خلايا النخاع الدموية. علاوة على ذلك، تم تطبيق منصة aNP بنجاح لتبديل الشفرة باستخدام أوليغونوكليوتيدات مضادة (ASOs) وتوصيل mRNA، مما يظهر تنوعها في العلاجات القائمة على الأحماض النووية. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانات aNPs كوسائط فعالة للعلاجات القائمة على RNA، خاصة في سياق العلاج المناعي وتطبيقات كتم الجينات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-024-01847-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39900620
Publication Date: 2025-02-03
Author(s): Stijn R. J. Hofstraat et al.
Primary Topic: RNA Interference and Gene Delivery
Overview
The research presents the development of an advanced nanoparticle (aNP) platform designed for the targeted delivery of nucleic acids, particularly to immune cells and hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) in the bone marrow. The aNPs, characterized by a diameter of approximately 91 nm and a uniform size distribution, were shown to maintain a spherical core-shell structure similar to non-labelled nanoparticles. This platform allows for the stable incorporation of various nucleic acid payloads, enabling fine-tuning of properties to optimize RNA delivery.
The study highlights the role of lipoproteins, particularly high-density lipoproteins (HDL), in lipid metabolism and RNA transport within the human body. While existing strategies for RNA delivery often expose the payload to external environments, the aNP platform is specifically engineered for immune cell targeting, achieving effective gene regulation in myeloid cells and HSPCs. The authors suggest that interactions between aNPs and these cells are primarily mediated by apolipoprotein A1, although other apolipoproteins may also be present. The aNP technology is positioned as a promising tool for therapeutic applications in immunoregulation, vaccination, and gene editing for hereditary diseases, with advantages in biocompatibility, modularity, and scalability for clinical use.
Discussion
In this section, the authors discuss the development and optimization of apolipoprotein nanoparticles (aNPs) for siRNA delivery, detailing the iterative design process that led to a library of 72 distinct aNP-siRNA formulations. The formulations were characterized by maintaining constant levels of siRNA and apoA1 while varying the amounts of cholesterol, tricaprylin, and the MC3 ionizable cationic lipid. The study highlights the critical role of these components in achieving structural stability and effective siRNA integration into the aNP’s core. Notably, the authors found that while DMPC-based formulations improved with increased tricaprylin, formulations based on POPC did not exhibit similar enhancements.
The authors selected eight representative aNP formulations for in vivo testing, demonstrating their capacity to silence lysosomal-associated membrane protein 1 (Lamp1) expression in various immune cell subsets in mice. Among these, aNP 18, a DMPC-based formulation without tricaprylin, showed promising characteristics, including high siRNA recovery and stability over time. In vivo biodistribution studies revealed significant accumulation of aNP 18 in the bone marrow and spleen, indicating its potential for targeting myeloid cells. Furthermore, the aNP platform was successfully applied for splice-switching with antisense oligonucleotides (ASOs) and mRNA delivery, showcasing its versatility in nucleic acid therapeutics. Overall, the findings underscore the potential of aNPs as effective vehicles for RNA-based therapies, particularly in the context of immunotherapy and gene silencing applications.