Immagine: Credit Oregon State University.
Le nanoparticelle infuse con il gene utilizzate per combattere le malattie come la fibrosi cistica, funzionano meglio quando includono parenti del colesterolo a base vegetale perché la loro forma e struttura aiutano i geni ad arrivare dove devono essere all’interno delle cellule.
I risultati dei ricercatori della Oregon State University, pubblicati oggi su Nature Communications, sono importanti perché molte malattie che non possono essere curate in modo efficace con farmaci convenzionali, possono essere trattate geneticamente – fornendo acidi nucleici alle cellule malate in modo che possano produrre le proteine corrette necessarie per la salute- . Tali trattamenti genetici si basano sul fatto che i dispositivi di trasporto raggiungono la loro destinazione con un alto tasso di successo e liberano il loro carico in modo efficace.
Gaurav Sahay, assistente Professore di scienze farmaceutiche presso l’OSU College of Pharmacy, studia le nanoparticelle a base lipidica come veicolo di consegna genica, con particolare attenzione alla fibrosi cistica.
La fibrosi cistica è una malattia genetica progressiva che provoca un’infezione polmonare persistente e affligge 30.000 persone negli Stati Uniti, con circa 1.000 nuovi casi diagnosticati ogni anno. Più di tre quarti dei pazienti vengono diagnosticati all’età di 2 anni e, nonostante i costanti progressi nell’alleviare le complicanze, l’aspettativa di vita mediana dei pazienti con fibrosi cistica è ancora scarsa. Un gene difettoso – il regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica, o CFTR – provoca la malattia, che è caratterizzata da disidratazione polmonare e accumulo di muco che blocca le vie respiratorie.
Due anni fa, Sahay e altri scienziati e clinici della OSU e della Oregon Health & Science University hanno dimostrato l’efficacia di una nuova potenziale terapia per la fibrosi cistica: caricamento dell’RNA messaggero CFTR modificato chimicamente in nanoparticelle a base di lipidi, creando una medicina molecolare che potrebbe semplicemente essere inalata a casa. L‘approccio delle nanoparticelle caricate da mRNA fa sì che le cellule producano la proteina corretta, consentendo alle cellule di regolare correttamente il trasporto di cloruro e acqua, che è fondamentale per una sana funzione respiratoria.
Si ritiene che il colesterolo, una sostanza cerosa che il corpo utilizza per produrre cellule sane, fornisca stabilità in questi nanocarrier genetici. Nell’ultimo studio, Sahay e collaboratori hanno potenziato la consegna genica usando invece analoghi vegetali del colesterolo. “Un altro vantaggio di questi steroli derivati dalle piante è un beneficio per la salute cardiovascolare”, aggiunge il ricercatore. Il tipo di nanoparticelle utilizzate per rilasciare geni in questo studio è già stato clinicamente approvato; viene utilizzato in un farmaco, chiamato Onpattro, somministrato a pazienti con una condizione genetica progressiva chiamata amiloidosi, che interrompe la funzione degli organi attraverso depositi dannosi della proteina amiloide.
Sahay e il dottorando Siddharth Patel, primo autore dello studio, hanno scoperto che i fitosteroli – molecole a base vegetale chimicamente simili al colesterolo – cambiano la forma delle nanoparticelle da sferiche a poliedrici e le fanno muovere più velocemente. Questo è importante perché una volta all’interno di una cellula, le nanoparticelle hanno bisogno di manovrabilità per la fuga che devono compiere: da un compartimento cellulare noto come endosoma nel citosol, dove i geni rilasciati possono svolgere la funzione prevista. “ Una delle maggiori sfide nella consegna dei geni è che meno del 2% delle nanoparticelle raggiunge il citosol. Se aumenti la dose per ottenere più geni lì, ora hai problemi di tossicità, inoltre il costo aumenta. Ma la forma delle nanoparticelle cambia a causa di questi analoghi del colesterolo presenti in natura e la nuova forma li aiuta a fornire meglio i geni. Gli analoghi aumentano la consegna del gene 10 volte e talvolta 200 volte “, dice Gaurav Sahay, assistente Professore di scienze farmaceutiche presso l’OSU College of Pharmacy.
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“La scoperta può essere utilizzata per creare particelle inalabili che possono attraversare diverse barriere polmonari in un paziente con fibrosi cistica, consentendo ai pazienti di essere trattati con un’efficacia molto più elevata”, ha aggiunto Sahay. “In quest’ultima ricerca, abbiamo ipotizzato che con le inclusioni analogiche, ci sarebbero stati cambiamenti di forma e cambiamenti nel modo in cui le nanoparticelle interagiscono con la cellula e come la cellula le percepisce“, ha detto Patel. “Ad esempio, gli steroli potrebbero aiutarli ad arrivare ai ribosomi per la traduzione più velocemente. Questo apre la strada ad una nuova area di ricerca – la forma, la struttura e la composizione delle nanoparticelle liquide ora diventano abbastanza rilevanti. Stiamo solo grattando la superficie del modo di costruire LNP con un design razionale per ottenere proprietà diverse per il trattamento di diverse malattie con specificità di tipo cellulare “.
Anche scienziati della Duke University e Moderna Therapeutics, una società biotecnologica con sede nel Massachusetts che è leader nella terapia genica basata sull’mRNA, hanno collaborato allo studio. Il National Heart, Lung and Blood Institute, il National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, la Cystic Fibrosis Foundation, la Moderna Therapeutics e il College of Pharmacy hanno supportato la ricerca.
Fonte: Nature
