L'ARNm, o ARN missatger, és un tipus de molècula que transporta informació genètica des de l'ADN fins a la maquinària-que fa la proteïna de la cèl·lula. Mitjançant el lliurament d'ARNm a les cèl·lules, podem instruir-les perquè produeixin qualsevol proteïna que vulguem, com ara anticossos, enzims, hormones o vacunes. Això obre un nou món de possibilitats per tractar diverses malalties, des de malalties infeccioses fins al càncer.
En aquest article, us presentarem els conceptes bàsics de la teràpia d'ARNm, inclòs com funciona, com es fa, com s'administra i com s'aplica. També compartirem alguns dels últims avenços i reptes en aquest apassionant camp de la biotecnologia.
Com funciona la teràpia d'ARNm?
La teràpia d'ARNm funciona introduint molècules d'ARNm sintètiques a les cèl·lules, on es tradueixen a proteïnes funcionals. Segons el tipus i la finalitat de la proteïna, la teràpia amb ARNm pot tenir diferents efectes. Per exemple:
Les vacunes d'ARNm poden desencadenar una resposta immune contra un patogen específic, com el nou coronavirus que causa la COVID-19. Mitjançant l'entrega d'ARNm que codifica una proteïna viral, com la proteïna espiga, podem estimular la producció d'anticossos i cèl·lules T que poden reconèixer i eliminar el virus.
Els anticossos d'ARNm poden proporcionar immunitat passiva contra una malaltia, com la ràbia o el VIH. Al lliurar ARNm que codifica un anticòs monoclonal, podem conferir protecció immediata contra un antigen específic, sense dependre del propi sistema immunitari del cos.
La substitució de proteïnes d'ARNm pot restaurar la funció d'una proteïna que falta o defectuosa, com el factor VIII en l'hemofília o la distrofina en la distròfia muscular. En lliurar ARNm que codifica una versió normal de la proteïna, podem corregir la causa subjacent de la malaltia i millorar els símptomes.
L'edició del gen de l'ARNm pot modificar el genoma d'una cèl·lula, com ara corregir una mutació o inserir un gen nou. Mitjançant el lliurament d'ARNm que codifica una nucleasa programable, com CRISPR/Cas9, podem orientar i editar seqüències específiques d'ADN amb alta precisió i eficiència.
Com es fa l'ARNm?
L'ARNm es fa mitjançant un procés anomenat transcripció in vitro (IVT), que utilitza una plantilla d'ADN i un enzim d'ARN polimerasa per sintetitzar molècules d'ARN. La plantilla d'ADN conté una seqüència promotora i la seqüència codificant de la proteïna desitjada. L'ARN polimerasa s'uneix al promotor i transcriu l'ADN a ARN.
Per garantir que l'ARNm sintètic sigui funcional i estable a les cèl·lules, es fan diverses modificacions durant o després de la IVT. Aquests inclouen:
Tap: afegir un nucleòtid modificat a l'extrem 5' de l'ARNm per protegir-lo de la degradació i millorar la seva eficiència de traducció. Hi ha diferents tipus de taps, com ara Cap 0, Cap 1 i Cap 2, que difereixen en els seus nivells de metilació.
Poliadenilació: afegeix una cadena de nucleòtids d'adenina a l'extrem 3' de l'ARNm per augmentar-ne l'estabilitat i la seva vida mitjana-. La longitud de la cua poli(A) pot variar entre 10 i 250 nucleòtids.
Optimització: ajustant els components estructurals de l'ARNm, com ara la regió no traduïda 5' (UTR), la UTR 3' i el marc de lectura obert (ORF), per millorar el seu nivell d'expressió i activitat. Això pot implicar l'optimització de l'ús de codons, la introducció de pèptids funcionals o seqüències de senyal o l'addició d'elements auto-amplificadors.
Modificació: alteració de l'estructura química d'alguns nucleòtids de l'ARNm per reduir la seva immunogenicitat i augmentar la seva estabilitat. Això pot implicar substituir l'uridina per pseudouridina o N1-metilpseudouridina, o afegir grups metil a altres posicions.
Com es lliura l'ARNm?
El lliurament d'ARNm és un dels majors reptes en la teràpia d'ARNm, ja que les molècules d'ARNm són grans, carregades negativament i propenses a la degradació per part dels enzims dels fluids biològics. Per tant, es desenvolupen diversos tipus de portadors per protegir i transportar l'ARNm a les cèl·lules. Aquests inclouen:
Nanopartícules lipídiques (LNP): partícules esfèriques compostes per lípids que formen una bicapa al voltant de molècules d'ARNm. Els LNP poden fusionar-se amb les membranes cel·lulars i alliberar ARNm al citoplasma. Els LNP s'utilitzen àmpliament per al lliurament d'ARNm a causa de la seva alta eficiència i biocompatibilitat. Alguns exemples de LNP són nanopartícules de lípids sòlids catiònics (SLN), nanopartícules de lípids ionitzables (ILN) i nanopartícules de lípids immunoestimuladors (ISLN).
Nanopartícules de polímer (PNP): partícules esfèriques formades per polímers que formen una estructura de closca central-al voltant de molècules d'ARNm. Els PNP poden entrar a les cèl·lules per endocitosi i escapar dels lisosomes per efecte d'esponja de protons o degradació enzimàtica. Els PNP són versàtils i personalitzables per a diferents aplicacions. Alguns exemples de PNP són la polietilenimina (PEI), l'àcid poli(làctic-co{-glicòlic) (PLGA) i el quitosà.
Nanoemulsions catiònics (CNE): gotes d'oli-en emulsions-d'aigua que contenen lípids catiònics i tensioactius. Els CNE poden interactuar amb les membranes cel·lulars i lliurar ARNm al citoplasma. Els CNE són fàcils de preparar i ampliar, i poden millorar la immunogenicitat de les vacunes d'ARNm. Alguns exemples de CNE són DOTAP/DOPE, DOTAP/colesterol i DOTAP/MCT.
Altres sistemes de lliurament d'ARNm: alguns altres tipus de portadors que s'han explorat per al lliurament d'ARNm són l'ARNm condensat-protamina, els exosomes, les vesícules extracel·lulars (EV), la sílice mesoporosa i el fosfat de calci (CaP).
Quines són les aplicacions de la teràpia amb ARNm?
La teràpia d'ARNm té el potencial de tractar una àmplia gamma de malalties, des de malalties infeccioses fins a trastorns metabòlics, des del càncer fins a les malalties cardiovasculars i des de malalties genètiques fins a la medicina regenerativa. Algunes de les aplicacions actuals i emergents de la teràpia d'ARNm són:
Vacunes d'ARNm: les vacunes d'ARNm poden induir una resposta immune sòlida i específica contra diversos patògens, com ara SARS-CoV-2, virus de la grip, VIH, virus sincicial respiratori (RSV), virus de l'herpes simple (HSV), virus de la varicel·la zoster (VZV), citomegalovirus humà (HCMV), virus de la ràbia i virus del dengue. Les vacunes d'ARNm tenen diversos avantatges respecte a les vacunes tradicionals, com ara un desenvolupament ràpid, baix cost, alta seguretat i fàcil escalabilitat.
Anticossos d'ARNm: els anticossos d'ARNm poden proporcionar immunitat passiva contra diverses malalties, com ara la ràbia, el VIH, l'Ebola, el Zika, l'àntrax i la COVID-19. Els anticossos d'ARNm tenen diversos avantatges respecte als anticossos convencionals, com ara l'expressió a llarg termini, baixa immunogenicitat, alta estabilitat i fàcil administració.
Substitució de proteïnes d'ARNm: la substitució de proteïnes d'ARNm pot restaurar la funció d'una proteïna que falta o defectuosa en diverses malalties, com ara l'hemofília, la distròfia muscular, la fibrosi quística, la fenilcetonúria, la malaltia de Fabry, la malaltia de Gaucher i la malaltia de Parkinson. La substitució de proteïnes d'ARNm té diversos avantatges respecte a la teràpia de proteïnes, com ara evitar la immunogenicitat, millorar la biodisponibilitat i reduir la dosi i la freqüència.
Edició del gen de l'ARNm: l'edició del gen de l'ARNm pot modificar el genoma d'una cèl·lula en diverses malalties, com ara l'anèmia falciforme, la beta-talassèmia, la malaltia de Huntington, la distròfia muscular de Duchenne i la fibrosi quística. L'edició de gens d'ARNm té diversos avantatges respecte a la teràpia gènica basada en l'ADN-, com ara evitar la integració al genoma de l'hoste, reduir els efectes fora de-objectiu i augmentar l'especificitat i l'eficiència.
Teràpia cel·lular d'ARNm: la teràpia cel·lular d'ARNm pot manipular la funció d'una cèl·lula en diverses malalties, com ara càncer, malalties autoimmunes, diabetis i malalties cardiovasculars. La teràpia cel·lular d'ARNm té diversos avantatges respecte a la teràpia cel·lular convencional, com ara evitar vectors virals, millorar la seguretat i la versatilitat i facilitar la fabricació i el control de qualitat.
Quins són els reptes i oportunitats de la teràpia amb ARNm?
La teràpia d'ARNm és un camp prometedor i emergent de la biotecnologia que ha demostrat un gran potencial en el tractament de diverses malalties. No obstant això, encara hi ha alguns reptes i limitacions que cal superar abans que es pugui aplicar àmpliament a la pràctica clínica. Aquests inclouen:
-Millora de l'estabilitat i l'eficiència de lliurament de molècules d'ARNm in vivo
-Reducció de la immunogenicitat i la toxicitat de les molècules i els portadors d'ARNm
-Optimització del nivell d'expressió i la durada de les proteïnes codificades d'ARNm-
-Desenvolupament de protocols estandarditzats i mesures de control de qualitat per a la producció d'ARNm
-Avaluació de la-seguretat i eficàcia a llarg termini de la teràpia d'ARNm en humans
-Malgrat aquests reptes, també hi ha moltes oportunitats i avantatges que fan que la teràpia d'ARNm sigui una opció atractiva per a la medicina futura. Aquests inclouen:
-Explotant la flexibilitat i la diversitat del disseny i la síntesi d'ARNm
-Aprofitar la immunogenicitat i l'adjuvanticitat inherents de les molècules d'ARNm
-Aprofitament de l'expressió transitòria i la reversibilitat de les proteïnes codificades d'ARNm-
-Exploració dels efectes sinèrgics de combinar la teràpia d'ARNm amb altres modalitats
-Acceleració del procés de desenvolupament i aprovació de productes d'ARNm
Prisys Biotechnology, una empresa especialitzada eninvestigació sobre-primats no humans (NHP).i serveis per al desenvolupament preclínic de fàrmacs. Teràpia d'ARNm, un tipus de molècula que pot instruir a les cèl·lules perquè produeixin qualsevol proteïna que vulguem, com ara anticossos, enzims, hormones o vacunes. Els macacs Cynomolgus, una espècie de NHP que comparteixen moltes similituds amb els humans en termes d'anatomia, fisiologia, immunologia i genètica. Prisys Biotechnology en recerca i desenvolupament de fàrmacs d'ARNm i models de NHP de la següent manera:
Prisys Biotechnology té una plataforma integrada de recursos NHP, models de malalties i hospitals clínics per oferir solucions per a diverses àrees de malalties, com ara immunologia, inflamació, malalties cardiovasculars, hematologia, fetge, ronyó, pulmó i oncologia.
Prisys Biotechnology ofereix opcions de desenvolupament cooperatiu per a col·laboracions en R+D i tecnologies innovadores, com ara el sistema de quantificació del comportament en 3D basat en l'aprenentatge profund-en NHP.
Prisys Biotechnology utilitza macacs cynomolgus com a model animal per a la teràpia d'ARNm, que són més fiables i rellevants que altres models animals, com ara ratolins o rates.
Prisys Biotechnology pot provar el potencial i la viabilitat de la teràpia d'ARNm per a diverses malalties mesurant la resistència elèctrica, les propietats magnètiques, la farmacocinètica, la toxicitat, la immunogenicitat i l'eficàcia de les molècules i els portadors d'ARNm en els NHP.
