Este truque simples de 3 aminoácidos aumenta a terapia com mRNA em 20 vezes

No entanto, o progresso foi retardado por um desafio persistente. Para que os LNPs funcionem dentro do corpo, eles devem se fundir com as membranas celulares e liberar sua carga. Embora este processo funcione eficientemente em experiências de laboratório, é muito menos eficaz em condições biológicas reais.

Cientistas descobrem uma solução simples de aminoácidos

Uma equipe de pesquisa da Biohub identificou uma maneira inesperadamente simples de melhorar esse processo. Num estudo publicado em Medicina Translacional Científicapesquisadores liderados por Daniel Zongjie Wang, PhD, e Shana O. Kelley, Ph.D., mostraram que a adição de três aminoácidos comuns – metionina, arginina e serina – junto com LNPs pode melhorar drasticamente o desempenho. Esta combinação aumentou a entrega de mRNA em até 20 vezes e aumentou a eficiência da edição do gene CRISPR de cerca de 25% para quase 90% após uma dose única.

“A edição genética e as terapias baseadas em mRNA desempenharão papéis cada vez maiores na medicina do futuro, mas exigem que os LNPs alcancem e entrem nas células”, disse Kelley, presidente de bioengenharia da Biohub e chefe da Biohub, Chicago, onde os cientistas estão decodificando os processos inflamatórios que impulsionam uma ampla gama de doenças. “Qualquer formulação de LNP desenvolvida hoje poderia se beneficiar potencialmente de nossa abordagem.”

A descoberta decorre da estratégia mais ampla da equipe de estudar a biologia em condições que melhor reflitam o corpo humano. “Foi exatamente isso que nos trouxe até aqui”, disse Wang, que lidera o Grupo Spatiotemporal Omics da Biohub. “Ao perguntar por que os LNPs têm um desempenho tão diferente no meio fisiológico do corpo, encontramos uma resposta surpreendentemente simples que poderia tornar uma ampla gama de terapias de mRNA e de edição genética substancialmente mais eficazes”.

Uma barreira metabólica dentro das células

Até agora, a maioria dos esforços para melhorar o desempenho do LNP concentrou-se no redesenho das próprias nanopartículas. Os cientistas testaram centenas de novas combinações lipídicas e usaram inteligência artificial para explorar inúmeras formulações. Apesar desses esforços, os resultados clínicos permaneceram desanimadores.

Os pesquisadores do Biohub adotaram uma abordagem diferente. Em vez de modificar o sistema de entrega, investigaram se as próprias células estavam limitando a absorção. Eles exploraram se seria possível encorajar as células a absorverem mais prontamente os LNPs.

“O campo gastou um enorme esforço na engenharia de nanopartículas”, disse Wang. “Descobrimos, no entanto, que o próprio estado metabólico da célula é uma parte igualmente importante – e endereçável – da equação.”

O seu trabalho revelou que o metabolismo desempenha um papel fundamental. As células padrão cultivadas em laboratório são expostas a condições ricas em nutrientes que diferem significativamente daquelas dentro do corpo humano. Quando a equipe cultivou células em um meio que mais se assemelha ao plasma sanguíneo humano, a absorção de LNP caiu drasticamente em 50 a 80 por cento.

Análises adicionais mostraram que várias vias metabólicas relacionadas com aminoácidos eram menos ativas nestas condições mais realistas. Isto sugere que as células do corpo operam com menos nutrientes disponíveis, o que limita a sua capacidade de absorver nanopartículas.

Uma solução simples com efeitos poderosos

Para resolver esta limitação, os investigadores desenvolveram um suplemento específico contendo metionina, arginina e serina. Quando esta mistura foi administrada juntamente com LNPs, os resultados foram surpreendentes. A produção de proteínas a partir do mRNA entregue aumentou entre 5 e 20 vezes em vários tipos de células, tanto em experiências de laboratório como em animais vivos.

A melhoria manteve-se em diferentes métodos de administração – intramuscular, intratraqueal e intravenosa – e funcionou independentemente do desenho específico das nanopartículas ou do material genético a ser administrado. Estudos adicionais mostraram que os aminoácidos melhoram uma via celular que permite que as nanopartículas entrem nas células de forma mais eficiente.

Melhorias dramáticas em estudos animais

A equipe testou a abordagem em modelos de doenças usando terapias de mRNA e edição de genes CRISPR.

Num modelo de rato com insuficiência hepática aguda induzida por acetaminofeno – a principal causa de insuficiência hepática induzida por medicamentos em pacientes humanos – os ratos tratados com mRNA da hormona de crescimento entregue apenas por LNPs tiveram uma taxa de sobrevivência de apenas 33 por cento. Quando o mesmo tratamento foi combinado com o suplemento de aminoácidos, a sobrevivência aumentou para 100%. Os níveis da proteína terapêutica aumentaram quase nove vezes, enquanto os indicadores de danos e inflamação no fígado caíram para níveis quase normais.

Em outro experimento, os pesquisadores entregaram componentes CRISPR-Cas9 aos pulmões dos camundongos. Sem o suplemento, a eficiência da edição genética variou de 20 a 30 por cento. Com a mistura de aminoácidos, a eficiência subiu para entre 85 e 90 por cento após uma dose única. Este nível de melhoria pode ser especialmente importante para condições como a fibrose cística, onde a correção genética eficaz no tecido pulmonar é essencial.

Um caminho prático para o uso clínico

Um dos aspectos mais promissores desta descoberta é a facilidade de aplicação em tratamentos do mundo real. O suplemento utiliza aminoácidos já produzidos em larga escala e considerados seguros. Ao contrário de outras estratégias que requerem a alteração das nanopartículas ou a modificação genética das células, esta abordagem poderia simplesmente ser adicionada às formulações existentes.

Ao concentrarem-se na biologia da célula em vez de redesenhar o sistema de entrega, os investigadores podem ter encontrado uma forma prática de desbloquear todo o potencial das terapias de mRNA e das tecnologias de edição genética.