28 okt.2020 (Nanowerk-schijnwerper) Nucleïnezuurnanodeeltjes (NANP's) zijn een nieuw type nanomaterialen die uitsluitend zijn gemaakt van rationeel ontworpen nucleïnezuren zoals RNA, DNA en hun chemische analogen. Hoewel deze NANPs vrij klein zijn, variërend van 10-100 nm, hebben ze al een extreem groot therapeutisch potentieel aangetoond. Het wordt nu steeds duidelijker dat nucleïnezuren een ideaal bouwmateriaal bieden voor de ontwikkeling van therapeutische nucleïnezuren, omdat ze biocompatibel zijn en kunnen worden geprogrammeerd als of gefunctionaliseerd met antisense-oligonucleotiden, klein interfererend RNA (siRNA's), microRNA's (miRNA's), aptameren en lokvolgorde1-6. Momenteel zijn er slechts een tiental succesvolle voorbeelden van therapeutische nucleïnezuren die door de Amerikaanse Food and Drug Administration zijn goedgekeurd voor klinisch gebruik7-14. De reden hiervoor is dat de klinische toepassing van therapeutische nucleïnezuren vaak wordt beperkt door factoren zoals hun chemische instabiliteit, gerichte cellulaire afgifte en off-target ontstekingsimmuunreacties die schadelijk zijn voor de gastheer.15-17. Dezelfde problemen sluiten ook een snellere klinische vertaling van NANP's uit. In een artikel gepubliceerd in Nucleïnezuuronderzoek (“De immunoherkenning, subcellulaire compartimentering en fysisch-chemische eigenschappen van nucleïnezuurnanodeeltjes kunnen worden gecontroleerd door middel van wijziging van de samenstelling”), documenteren onderzoekers dr. Kirill Afonin, dr. Brittany Johnson en medewerkers dat de nucleïnezuursamenstelling kan worden ontworpen voor verbeterde stabiliteit, gerichte cellulaire afgifte en optimale activering of opheffing van immuunreacties. Dit onderzoek onderzoekt een gericht panel van NANP's die dezelfde connectiviteit, vorm, grootte, lading en sequentie behouden om specifiek de rol van de nucleïnezuursamenstelling op temperatuur en enzymatische stabiliteit, afgifte-efficiëntie en lokalisatie, en immuunstimulatie te evalueren. De chemische samenstelling van NANP's definieert hun fysisch-chemische eigenschappen terwijl ze de immuunherkenning en cellulaire compartimentering afstemmen. (Oxford University Press, Creative Commons CC BY) In overeenstemming met eerdere gegevens verhoogde de integratie van RNA-nucleïnezuurstrengen de thermische stabiliteit als gevolg van een gunstiger stapeling van basenparen18,19. RNA NANP's zijn echter zeer gevoelig voor afbraak door nucleasen20,21. Om deze instabiliteit te verlichten, kan de opname van nucleïnezuurstrengen die 2'-gefluoreerde pyrimidines (uracil en cytosine) bevatten, worden gebruikt als een eenvoudige manier om de vertering van NANP's door nucleasen te verminderen, waardoor een middel wordt geboden om enzymatische instabiliteit te overwinnen. De negatieve lading van NANP's kan de levering aan gastheercellen beperken vanwege ladingsafstoting6. Hier werden op lipiden gebaseerde dragers gebruikt om NANP's met succes af te leveren. Bepaalde NANP-dragercomplexen vertoonden een verhoogde afleverefficiëntie, met name RNA NANP's met 2'-fluor-gemodificeerde nucleïnezuurstrengen leverden de hoogste afleverefficiëntie op. Bovendien merkten de wetenschappers op dat hoewel alle NANP's van een endosomaal compartiment naar het cytosol gaan, de samenstelling van nucleïnezuren invloed had op de mate van verrijking van deze compartimenten, waardoor een middel werd geboden voor doelafgifte van NANP's op subcellulair niveau. Het team heeft met name zes NANP's onderzocht in combinatie met twee verschillende op lipiden gebaseerde dragers, maar er kan een vrijwel eindeloos aantal NANP's worden geconstrueerd en er zijn veel andere potentiële drageropties die een enorme bibliotheek bieden om gerichte NANP-levering op maat te maken. Immuunstimulatie buiten het doelgebied vindt plaats omdat gastheercellen nucleïnezuursensoren bezitten in het endosomale compartiment en celcytosol om vreemde of met schade geassocieerde nucleïnezuren te detecteren22,23. Deze nucleïnezuursensoren hebben het potentieel om NANP's te detecteren op basis van identificatie van specifieke ligandkarakteristieken22,23. Identificatie van NANP's kan vervolgens de productie van immuunmediatoren op gang brengen met schadelijke of potentieel gunstige effecten17,24-28. Hier demonstreren de auteurs dat de nucleïnezuursamenstelling van NANP's kan worden ontworpen om immuundetectie te voorkomen of de productie van nuttige immuunmediatoren op te wekken. Het team merkt op dat hun gegevens erop wijzen dat RNA NANP's meer immunostimulerend zijn in vergelijking met dezelfde NANP's, maar gemaakt zijn van DNA dat immunoquiescent bleek te zijn. Als zodanig bieden DNA-NANP's een platform dat functionele groepen kan leveren en tegelijkertijd minimale immuunactivatie kan teweegbrengen. RNA NANP's bieden daarentegen een veelbelovend platform voor de ontwikkeling van pan-antivirale middelen, vaccinadjuvantia en kankertherapieën die doelbewust immuunsensoren activeren om gunstige immuunreacties op te wekken. Hier demonstreert het team dat RNA NANP's de endosomale sensor, toll-like receptor 7 (TLR7) en de cytosolische sensor, retinoïnezuur-induceerbaar gen-I (RIG-I) activeren. Opname van 2'-fluor-gemodificeerde nucleïnezuurstrengen kan worden gebruikt om TLR7-reacties te voorkomen, maar RIG-I-gemedieerde reacties mogelijk te maken, waardoor ze zich specifiek op RIG-I richten. Interessant is dat RIG-I ook indirect kan worden geactiveerd met behulp van DNA-NANP's met 2'-fluor-gemodificeerde nucleïnezuurstrengen als gevolg van RNA-polymerase III-conversie van deze NANP's in een RNA-ligand voor RIG-I. “Gezamenlijk duiden onze gegevens erop dat de samenstelling van nucleïnezuren de thermo- en enzymatische stabiliteit van NANP, gerichte afgifte en immuunstimulerende eigenschappen kan controleren, waardoor het rationele ontwerp van therapeutische NANP’s mogelijk is”, concluderen de onderzoekers.

Referenties

1. Catuogno,S., Esposito,CL, Condorelli,G. en de Franciscis, V. (2018) Nucleïnezuren die nucleïnezuren leveren. Adv. Geneesmiddelen leveren. ds., 134, 79–93. 2. Alvarez-Salas,L. (2008) Nucleïnezuren als therapeutische middelen. Huidige. Top. Med. Chem., 8, 1379–404. 3. Panigaj,M., Johnson,MB, Ke,W., McMillan,J., Goncharova,EA, Chandler,M. en Afonin,KA (2019) Aptameren als modulaire componenten van therapeutische nucleïnezuurnanotechnologie. ACS Nano, 13, 12301–12321. 4. Afonin,KA, Viard,M., Koyfman,AY, Martins,AN, Kasprzak,WK, Panigaj,M., Desai,R., Santhanam,A., Grabow,WW, Jaeger,L., et al. (2014) Multifunctionele RNA-nanodeeltjes. Nano Let., 14, 5662–5671. 5. Stewart,JM, Viard,M., Subramanian,HKK, Roark,BK, Afonin,KA en Franco,E. (2016) Programmeerbare RNA-microstructuren voor gecoördineerde levering van siRNA's. nanoschaal, 8, 17542–17550. 6. Jasinski,D., Haque,F., Binzel,DW en Guo,P. (2017) Bevordering van het opkomende gebied van RNA-nanotechnologie. ACS Nano, 11, 1142–1164. 7. Hutcherson,SL en Lanz,R. (2002) Een gerandomiseerde gecontroleerde klinische studie met intravitreus fomivirseen voor de behandeling van nieuw gediagnosticeerde perifere cytomegalovirus-retinitis bij patiënten met aids. Ben. J. Ophthalmol.. 8. Ng,EWM, Shima,DT, Calias,P., Cunningham,ET, Guyer,DR en Adamis,AP (2006) Pegaptanib, een gerichte anti-VEGF-aptameer voor oculaire vaatziekten. nat. Rev. Drug Discov.. 9. Raal,FJ, Santos,RD, Blom,DJ, Marais,AD, Charng,MJ, Cromwell,WC, Lachmann,RH, Gaudet,D., Tan,JL, Chasan-Taber,S., et al. (2010) Mipomersen, een remmer van de apolipoproteïne B-synthese, voor het verlagen van de LDL-cholesterolconcentraties bij patiënten met homozygote familiale hypercholesterolemie: een gerandomiseerde, dubbelblinde, placebo-gecontroleerde studie. Lancet. 10. Stein, CA (2016) Eteplirsen goedgekeurd voor duchenne spierdystrofie: de FDA staat voor een moeilijke keuze. Mol. daar.. 11. Hua,Y., Sahashi,K., Hung,G., Rigo,F., Passini,MA, Bennett,CF en Krainer,AR (2010) Antisense-correctie van SMN2-splitsing in het centrale zenuwstelsel redt necrose bij een type III SMA-muismodel. Genes Dev.. 12. Splawn,LM, Bailey,CA, Medina,JP en Cho,JC (2018) Heplisav-B-vaccinatie voor de preventie van hepatitis B-virusinfectie bij volwassenen in de Verenigde Staten. Drugs van vandaag. 13. Gales,L. (2019) Tegsedi (Inotersen): Een antisense-oligonucleotide goedgekeurd voor de behandeling van volwassen patiënten met erfelijke transthyretine-amyloïdose. Farmaceutische. 14. Adams,D., Gonzalez-Duarte,A., O'Riordan,WD, Yang,C.-C., Ueda,M., Kristen,AV, Tournev,I., Schmidt,HH, Coelho,T. , Berk,JL, et al. (2018) Patisiran, een RNAi-therapeuticum, voor erfelijke transthyretine-amyloïdose. N. Engl. J. Med.. 15. Afonin,KA, Dobrovolskaia,MA, Kerk,G. en Baden, M. (2020) Kansen, belemmeringen en een strategie voor het overwinnen van translationele uitdagingen voor therapeutische nucleïnezuurnanotechnologie. ACS Nano, 14, 9221–9227. 16. Chandler, M., Panigaj, M., Rolband, LA en Afonin, KA (2020) Uitdagingen bij het optimaliseren van RNA-nanostructuren voor grootschalige productie en gecontroleerde therapeutische eigenschappen. Nanogeneeskunde, 15, 1331–1340. 17. Dobrovolskaia,MA en McNeil,SE (2015) Immunologische en hematologische toxiciteiten die de klinische vertaling van op nucleïnezuur gebaseerde therapieën uitdagen. Deskundig advies. Biol. Ther., 15, 1023–48. 18. Bui,MN, Brittany Johnson,M., Viard,M., Satterwhite,E., Martins,AN, Li,Z., Marriott,I., Afonin,KA en Khisamutdinov,EF (2017) Veelzijdige RNA-tetra- U-helix-verbindingsmotief als toolkit voor nucleïnezuurnanotechnologie. Nanogeneeskunde Nanotechnologie, Biol. Med., 13, 1137–1146. 19. Hong, E., Halman, JR, Shah, AB, Khisamutdinov, EF, Dobrovolskaia, MA en Afonin, KA (2018) Structuur en samenstelling definiëren de immunoherkenning van nucleïnezuurnanodeeltjes. Nano Let., 18, 4309–4321. 20. Bramsen,JB en Kjems,J. (2011) Chemische modificatie van klein interfererend RNA. Methoden Mol. Biol., 721, 77–103. 21. Sioud,M. (2006) Enkelstrengig klein interfererend RNA is meer immuunstimulerend dan hun dubbelstrengige tegenhangers: een centrale rol voor 2′-hyroxyluridines bij immuunreacties. EUR. J. Immunol., 36, 1222–1230. 22. Wu, J. en Chen,ZJ (2014) Aangeboren immuundetectie en signalering van cytosolische nucleïnezuren. Ann. Rev. Immunol., 32, 461–488. 23. Kawasaki, T. en Kawai, T. (2014) Tolachtige receptorsignaleringsroutes. Voorkant. Immunol., 5. 24. Beutner,KR, Spruance,SL, Hougham,AJ, Fox,TL, Owens,ML en Douglas,J. (1998) Behandeling van genitale wratten met een immuunresponsmodificator (imiquimod). J. Ben. Acad. Dermatol., 38, 230–239. 25. Geisse,J., Caro,I., Lindholm,J., Golitz,L., Stampone,P. en Owens, M. (2004) Imiquimod 5% crème voor de behandeling van oppervlakkig basaalcelcarcinoom: resultaten van twee fase III, gerandomiseerde, vehiculumgecontroleerde onderzoeken. J. Ben. Acad. Dermatol., 50, 722–733. 26. Goulet,ML, Olagnier,D., Xu,Z., Paz,S., Belgnaoui,SM, Lafferty,EI, Janelle,V., Arguello,M., Paquet,M., Ghneim,K., et al. (2013) Systeemanalyse van een RIG-I-agonist die breedspectrumremming van virusinfectiviteit induceert. PLoS Patho., 9. 27. Martinez-Gil,L., Goff,PH, Hai,R., Garcia-Sastre,A., Shaw,ML en Palese,P. (2013) Een van Sendai-virus afgeleide RNA-agonist van RIG-I als adjuvans voor virusvaccins. J. Virol., 87, 1290–1300. 28. Beljanski,V., Chiang,C., Kirchenbaum,GA, Olagnier,D., Bloom,CE, Wong,T., Haddad,EK, Trautmann,L., Ross,TM en Hiscott,J. (2015) Verbeterde vaccinatie tegen influenzavirusachtige deeltjes met een structureel geoptimaliseerde RIG-I-agonist als adjuvans. J. Virol., 89, 10612-10624. Geleverd door de Universiteit van North Carolina Charlotte als exclusief voor Nanowerk.

Bron: https://feeds.nanowerk.com/~/637805070/0/nanowerknanotechnologyspotlight~Designing-nucleic-acid-nanotechnology-for-targeted-immunostimulation-in-human-cells.php