NUOVE NANOPARTICELLE TRASPORTANO L’MRNA CHE CURA LE MALATTIE POLMONARI

Gli ingegneri dell’MIT hanno progettato nuove nanoparticelle che non sbagliano bersaglio: raggiungono e rilasciano nei polmoni l’mRNA di proteine utili a modificare geni difettosi

Il settore della ricerca sull’utilizzo dell’RNA messaggero per il trattamento di malattie causate da geni difettosi è esploso dopo la pandemia. Un ostacolo alla diffusione di tale impiego è stato finora, per i ricercatori, riuscire a fare in modo che l’mRNA iniettato raggiungesse il bersaglio stabilito, escludendo effetti in altre parti del corpo. Ora, gli ingegneri del MIT e della University of Massachusetts Medical School hanno progettato un nuovo tipo di nanoparticella che può veicolare e rilasciare in modo efficiente nei polmoni, RNA messaggero che codifica per la sintesi di proteine utili nella terapia genica di diverse patologie. Secondo gli ingegneri, proseguendo gli studi, queste particelle potrebbero offrire nuove cure di tipo inalatorio per la fibrosi cistica e altre malattie polmonari.

Nello studio, pubblicato su Nature Biotechnology, il team guidato da Daniel Anderson, professore del Dipartimento di Ingegneria Chimica del MIT, membro della facoltà centrale dell’Institute for Medical Engineering and Science (IMES) e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT ha utilizzato delle nanoparticelle per veicolare nei polmoni dei topi l’mRNA del sistema CRISPR/Cas9 che può effettuare specifiche modifiche al genoma di una cellula.

«Abbiamo dimostrato per la prima volta - afferma Anderson – che il trasporto di mRNA nei topi è avvenuto in modo altamente efficiente». «Questo risultato – prosegue il ricercatore - rappresenta un passo importante che potrebbe aprire la strada alla progettazione di nanoparticelle terapeutiche in grado di tagliare e sostituire geni che causano diverse malattie».

Le nanoparticelle oggetto dello studio state progettate per raggiungere i polmoni e sono formate da molecole che contengono due parti: un gruppo di testa con carica positiva e una lunga coda lipidica. La carica positiva del gruppo di testa aiuta le particelle a interagire con l’mRNA caricato negativamente e allo stesso tempo consente all’mRNA di sfuggire dalle strutture cellulari che inglobano le particelle una volta entrate nelle cellule.

La struttura della coda lipidica, invece, facilita il passaggio delle particelle attraverso la membrana cellulare. I ricercatori hanno individuato 10 diverse strutture chimiche per le code lipidiche e 72 diversi gruppi di testa. Esaminando diverse combinazioni di queste strutture nei topi, gli ingegneri sono riusciti a identificare quelle che avevano maggiori probabilità di raggiungere i polmoni.

Ma com’è stato possibile misurare l’efficienza del trasporto dell’mRNA? I ricercatori l’hanno verificata utilizzando le particelle per trasportare l’mRNA che codifica componenti di CRISPR/Cas9 progettati per eliminare un segnale di stop geneticamente codificato. La rimozione del segnale di stop attiva un gene per la sintesi di una proteina fluorescente. La misurazione di questo segnale fluorescente ha consentito ai ricercatori di determinare la percentuale di cellule che hanno espresso con successo l’mRNA iniettato. Dopo una dose di mRNA, circa il 40% delle cellule epiteliali polmonari era stato trasfettato. Due dosi hanno portato il livello a più del 50% e tre dosi al 60%. I bersagli cellulari più importanti per il trattamento delle malattie polmonari, le cellule clavate e le cellule ciliate, sono state entrambe trasfettate per circa il 15%. «Questo significa che le cellule che siamo riusciti a modificare sono davvero le cellule di interesse per le malattie polmonari», spiega Bowen Li, uno degli autori e professore assistente all’Università di Toronto. «Questa particella può permetterci di trasportare l’mRNA nel polmone in modo molto più efficiente rispetto a qualsiasi altro sistema di trasporto finora descritto».

Ma i vantaggi che offrono le nuove particelle sono anche altri. Si disgregano rapidamente e possono essere eliminate dal polmone in pochi giorni riducendo il rischio di infiam-

Le nanoparticelle oggetto dello studio state progettate per raggiungere i polmoni e sono formate da molecole che contengono due parti: un gruppo di testa con carica positiva e una lunga coda lipidica.

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mazione. Possono anche essere somministrate più volte allo stesso paziente, se sono necessarie dosi ripetute. Ciò rappresenta un vantaggio rispetto al metodo di somministrazione di mRNA che utilizza come vettori innocui adenovirus modificati. Questi virus sono molto efficaci nel veicolare l’RNA, ma non possono essere somministrati ripetutamente perché inducono una risposta immunitaria nell’ospite.

«Le nuove nanoparticelle progettate presentano diversi vantaggi rispetto ai vaccini e alle terapie convenzionali, tra cui la possibilità di una produzione rapida, l’elevata versatilità e sicurezza» afferma Dan Peer, direttore del Laboratory of Precision NanoMedicine dell’Università di Tel Aviv, che non ha preso parte allo studio.

Le particelle oggetto di questo studio, sono state somministrate dagli autori per instillazione intratracheale, un metodo spesso utilizzato per la somministrazione di farmaci ai polmoni. In questo momento gli studi del team stanno proseguendo con l’obiettivo di rendere le nanoparticelle più stabili in modo da poterle aerosolizzare e nebulizzare nelle terapie inalatorie.