Nový typ látek, které zvládnou bezpečně přepravit do buněk různé typy nukleových kyselin, objevili vědci z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB). Látky lze využít v léčbě genetických onemocnění i v takzvaných mRNA vakcínách proti covidu-19. Oproti dosavadním řešením má tento systém univerzální použití a může usnadnit i skladování léčiv a vakcín. Výsledky výzkumu zveřejnil prestižní časopis Advanced Functional Materials. Nové látky už byly také patentovány a jedná se o jejich využití ve farmaceutickém průmyslu.
Nukleové kyseliny DNA a RNA jsou známé především jako nositelé genetické informace. Molekula mRNA se v současnosti proslavila i jako základ vakcín proti nemoci covid-19. Podle odborníků slouží tato molekula jako recept pro syntézu konkrétního proteinu, například spike proteinu koronaviru, proti kterému si organismus poté začne vytvářet protilátky přirozenou cestou. K syntéze dochází uvnitř buňky, kam se ale musí tato molekula nejdříve bezpečně dopravit.
„RNA je velmi nestabilní látka, která podléhá rychlému rozpadu. Aby se vůbec mohla dostat do buňky, je třeba ji zabalit do transportního obalu, který ji ochrání před okolním prostředím a současně zajistí bezpečnou přepravu tělem do buňky. To ale vůbec není triviální problém,“ uvedla Klára Grantz Šašková ze skupiny Proteázy lidských patogenů. V současnosti jsou k tomu využívány lipidy v kombinaci s dalšími molekulami, které se dokážou shlukovat s RNA a vytvořit nanočástice, které nukleovou kyselinu ukryjí před okolím.
„Vzhledem k tomu, že pro každou cílenou terapii se používají různé molekuly RNA o různé velikosti, bylo až dosud nutné najít pro každý konkrétní typ RNA unikátní směs lipidů schopnou molekulu zabalit, dopravit a uvolnit do buňky. Takový nový obal navíc nesmí být pro lidské tělo toxický, což výrazně komplikuje a prodlužuje vývoj,“ popsal vedoucí skupiny Syntetická nanochemie Petr Cígler.
Jako molekulární vláček
Nové nanočástice jsou ale schopné bez složitých úprav doručit do buněk nukleové kyseliny o různé délce – základní stavební kameny těchto kyselin, krátké siRNA využívané v genových terapiích, zmíněné mRNA i dlouhé řetězce DNA. Nanočástice, zvané XMAN, také nejsou toxické a umí snadno proniknout do buňky a „složit náklad“ se srovnatelnou účinností pro většinu zkoumaných nukleových kyselin. Grantz Šašková uvedla, že se tyto nanočástice dostanou i do obtížně proniknutelných buněk, například do primárních jaterních buněk nebo buněčných linií z hematologických nádorů.
„Další velkou výhodou je jejich dlouhodobá stabilita při relativně běžných teplotách. Oproti již používaným mRNA vakcínám, které je nutno uchovávat při minus sedmdesáti stupních Celsia, mohou být naše nanočástice skladované po několik měsíců v obyčejné lednici,“ zdůraznil Cígler.
Schopnost doručit do buňky různě velké molekuly pak podle vědců usnadňuje využití systému i ve velmi odlišných genových terapiích. Vedle mRNA vakcín jde třeba o léčbu nemocí jako hemofilie A či cystická fibróza způsobených nedostatečnou tvorbou určitého proteinu.
Molekula mRNA buňce umožňuje chybějící protein vyrobit. Stejně tak je ale možné použití v terapiích nemocí způsobených naopak nesprávnou tvorbou patologických proteinů, například u některých forem amyloidózy, při níž problémy způsobuje protein transthyretin. V takovém případě lze do buňky doručit krátký úsek RNA, který po vstupu tvorbu škodlivého či nesprávně fungujícího proteinu vypne.
Veliký potenciál
Podle ÚOCHB by další výzkum nových lipidových nanočástic mohl vést k cílené dopravě do konkrétních typů buněk. To je žádoucí třeba pro vývoj personalizovaných protinádorových vakcín nebo RNA přípravků pro léčbu neurodegenerativních onemocnění.
Na výzkumu spolupracoval tým z ÚOCHB vedený Grantz Šaškovou a Cíglerem ve spolupráci s vědci z Ústavu molekulární genetiky AV a Univerzity Karlovy.
