Le nanoparticelle lipidiche semplificano l'editing genetico polmonare

Come le nanoparticelle lipidiche consentono l'editing genetico polmonare

Di recente sono state approvate alcune terapie avanzate di editing genetico, in particolare per le malattie del sangue come l'anemia falciformeIn teoria, questo apre le porte a molte più terapie geniche, soprattutto per le malattie rare e/o incurabili.

In pratica, questo non è così semplice, poiché la tecnologia di editing genetico deve prima raggiungere gli organi giusti e avere un tasso di trasformazione sufficientemente elevato da modificare un numero sufficiente di cellule dell'organo. Ciò significa che un altro modo per migliorare le terapie geniche non è attraverso sistemi di editing genetico più efficaci, come CRISPR, ma attraverso sistemi di somministrazione più efficaci del prodotto di editing genetico.

È su questo che stanno lavorando i ricercatori dell'Università statale dell'Oregon e dell'Università di Helsinki (Finlandia). I loro ultimi risultati sono stati pubblicati su Nature Communications.¹, sotto il titolo “Sintesi di lipopolimeri ionizzabili mediante reazione split-Ugi per il rilascio polmonare di RNA di varie dimensioni e l'editing genetico".

Sfide e approcci alla somministrazione genica

L'idea di fornire materiale genetico alle cellule umane per le terapie geniche non è recente, con tentativi in ​​corso dagli anni '1980. Tuttavia, ha avuto un successo limitato fino a poco tempo fa, per una serie di motivi concomitanti:

• Difficoltà nell'integrare il materiale genetico nei nuclei delle cellule.
• Difficoltà nell'inserire il gene in modo mirato, con conseguenti mutazioni indesiderate e livelli imprevedibili di espressione genica.
• Problemi nel far passare il materiale genetico attraverso la membrana genica.

I primi due problemi stanno progressivamente migliorando, anche se non sono ancora del tutto risolti, grazie a tecnologie come CRISPR, che possono indirizzare la modifica genetica verso il nucleo della cellula e modificare con precisione una determinata parte del genoma.

La somministrazione del materiale genetico è stata un problema più difficile da risolvere. Storicamente, per modificare la cellula venivano utilizzate particelle virali modificate o scosse elettriche.

Un approccio più moderno sta utilizzando particelle lipidiche ingegnerizzate incapsulare la terapia, grazie alla loro capacità di fondersi con la membrana cellulare. È in particolare questo il modo in cui la maggior parte dei vaccini a mRNA utilizzati durante la pandemia di Covid ha rilasciato il loro carico di mRNA.

Queste particelle devono anche contenere motivi chimici che proteggono le molecole di mRNA dalla degradazione sistemica e facilitano la fuoriuscita dell'mRNA dall'endosoma per consentire un'efficiente traduzione dell'mRNA in proteine ​​funzionali all'interno delle cellule.

Finora, per ogni nuova terapia è stato necessario progettare metodi di somministrazione specifici, ottimizzati per specifiche dimensioni di mRNA o DNA, e per le cellule e l'organismo bersaglio. Questo ha rappresentato un ostacolo allo sviluppo di nuove terapie e un enorme onere normativo per l'approvazione di nuovi trattamenti.

Una nuova chimica dei polimeri per una somministrazione genica più sicura

La polietileneimmina (PEI) è una sostanza chimica già utilizzata in passato nella ricerca per il trasporto genico da capsule lipidiche, grazie alle sue buone prestazioni nel trasporto di materiale genetico. Tuttavia, può anche essere tossica per le cellule, limitandone le applicazioni pratiche al di fuori delle colture cellulari e in medicina umana.

I ricercatori hanno cercato di risolvere questo problema utilizzando la cosiddetta "reazione multicomponente Ugi" per modificare la struttura chimica del PEI aggiungendo altre sostanze chimiche al polimero.

Fonte: Nature Communications

Questo metodo può essere utilizzato per creare non solo un tipo di PEI modificato, ma un'intera libreria di polimeri modificati che possono poi essere testati per la tossicità cellulare e il potenziale di editing genetico.

Questa libreria è stata poi testata in vitro su cellule umane per verificarne l'efficienza della trasformazione genetica.

Fonte: Nature Communications

Alla scoperta dei polimeri più efficaci per il trasporto genico

Ottimizzazione della struttura polimerica per l'editing genetico

La ricerca ha scoperto che esiste un punto ottimale per quanto riguarda la massa del polimero (massa molare): se è troppo alta, l'mRNA non viene rilasciato nella cellula; se è troppo bassa, la stabilità delle particelle non è sufficientemente buona.

Altre caratteristiche chimiche si sono rivelate vantaggiose, come una maggiore densità di modificazione, la presenza di gruppi sufficientemente idrofobici e gruppi amminici terziari.

Ciò ha portato all'individuazione di una formula polimerica specifica con promettenti prestazioni di trasfezione: U155.

Fonte: Nature Communications

Nanoparticelle U155 in modelli animali vivi

Il passo successivo è stato passare dalle colture cellulari a un organismo completo, in questo caso i topi.

L'efficienza dell'U155 è stata testata rispetto a una nota procedura di editing genetico in vivo basata su PEI, JetPEIo®, commercializzato da Sartorius (SRT.DE).

"Dimostriamo un aumento multiplo della somministrazione di mRNA in vivo ai polmoni tramite somministrazione sistemica rispetto allo standard di formulazione PEI tradizionale.

Il segnale di bioluminescenza ha superato di 5 volte le prestazioni di JetPEI® in vivo alla stessa dose (50 μg di mRNA per topo).

Una volta testato in vivo il principio generale dell'efficacia dell'U155, il passo successivo è stato quello di implementarlo in un modo che imitasse il funzionamento di una vera terapia genica. È stata scelta la somministrazione al polmone, un organo notoriamente difficile da trattare con l'editing genetico.

Sono state utilizzate nanoparticelle ibride polimeriche-lipidiche U155, miscelate con una sostanza chimica chiamata DSPG e altre, per ottimizzare le nanoparticelle per le patologie polmonari.

Fonte: Nature Communications

“Il pretrattamento ha aumentato l’espressione nei polmoni di circa 2 volte rispetto allo schema standard.”

Test di infiammazione e tossicità

Un altro passaggio fondamentale è garantire che le nuove particelle non siano solo efficaci nell'editing genetico nei polmoni, ma anche sicure e non causino effetti collaterali indesiderati. In particolare, l'infiammazione polmonare acuta è un rischio noto per questo trattamento.

I campioni istologici polmonari prelevati 24 ore dopo l'iniezione di nanoparticelle da 5 ug non hanno rivelato differenze statisticamente significative nell'infiltrazione delle cellule immunitarie tra gli animali iniettati con U155 e PBS e non hanno mostrato segni di danno tissutale.

Fonte: Nature Communications

Benefici terapeutici: cancro ai polmoni e fibrosi cistica

Se l'editing genetico fosse sicuro ed efficace, la conclusione logica è che un prodotto del genere potrebbe essere utile per il trattamento di malattie reali. Questo è stato il passo successivo verificato dai ricercatori, utilizzando un modello murino di cancro al polmone e somministrando un mRNA che codifica per la proteina interleuchina-12 (IL-12).

I topi a cui è stato iniettato U155 hanno dimostrato un tasso di sopravvivenza molto più lungo e la crescita del tumore è notevolmente rallentata.

Fonte: Nature Communications

Il trattamento può essere ripetuto senza effetti collaterali negativi o perdita di efficacia.

La concentrazione della citochina IL-12 è rimasta pressoché la stessa dopo la prima e la seconda dose, confermando ancora una volta l'efficacia della nostra piattaforma per la somministrazione di dosaggi multipli.

Sono state testate anche sequenze genetiche più grandi, per verificare la validità di questa tecnologia per un più ampio spettro di possibili modifiche genetiche.

In particolare, i ricercatori hanno verificato la trasmissione dell'mRNA del CFTR (6132 b), un potenziale approccio terapeutico per la fibrosi cistica, una malattia genetica mortale.

Non solo il gene è stato espresso bene nei topi trattati, ma anche la reattività della proteina è stata testata e migliorata dal trattamento.

Fonte: Nature Communications

Infine, è stato anche dimostrato che l'U155 fornisce un'efficace terapia CRISPR-Cas9 alle cellule polmonari e immunitarie, dimostrando ulteriormente il potenziale di queste nanoparticelle per l'editing genetico.

Fonte: Nature Communications

Conclusione: una nuova era per l'editing genetico polmonare?

L'U155 e potenzialmente altre nanoparticelle lipidiche simili potrebbero rappresentare una svolta nell'editing genetico per organi finora difficili da raggiungere con la tecnologia di editing genetico.

Insieme ai rapidi progressi compiuti dalla tecnologia CRISPR e da altri metodi di editing genetico, come la tecnologia mRNA, questo potrebbe accelerare la tendenza all'uso della terapia genica per curare in modo permanente malattie incurabili, invece di limitarsi a trattare i sintomi.

Molto probabilmente, il punto di forza di queste tecnologie non è solo la precisione millimetrica della sezione del genoma modificata, ma anche nanoparticelle personalizzate e adattate a ciascun organo interessato e a ciascun carico genetico.

Investire nell'editing genetico

Vertex Pharmaceuticals

Vertex è leader nel trattamento della fibrosi cistica, una malattia genetica mortale, con 4 diversi trattamenti mirati a diversi profili di pazienti. Per i pazienti che non possono essere trattati con le terapie attuali, Vertex ha un farmaco in fase III di sperimentazione clinica, Vanzacaftor. L'azienda sta inoltre sviluppando una terapia genica per la fibrosi cistica utilizzando la tecnologia mRNA.

L'attenzione rivolta alle malattie polmonari, in particolare alla fibrosi cistica, fa di Vertex un'azienda che potrebbe trarre grandi vantaggi da nanoparticelle più performanti per l'editing genetico polmonare.

Nel complesso, Vertex è fortemente focalizzata sulla ricerca e sviluppo, con il 70% delle spese operative e 3/5^th dei dipendenti dedicati alla ricerca di nuovi farmaci e terapie.

Da ex startup specializzata in fibrosi cistica, si sta rapidamente espandendo in una solida azienda farmaceutica di grandi dimensioni focalizzata sulle malattie rare, in particolare sulle malattie renali.

Fonte: Vertice

Oltre alle malattie rare, Vertex sta lavorando anche a una terapia per il diabete di tipo 1 con il suo programma chiamato Zimislecel (ex VX-880). L'idea è quella di iniettare cellule che producono insulina e utilizzare farmaci antirigetto per garantire che le cellule immunitarie non attacchino le cellule trapiantate.

Un secondo approccio prevede l'incapsulamento delle stesse cellule in un dispositivo da impiantare chirurgicamente nell'organismo. Questi dispositivi sono progettati con l'obiettivo di proteggere le cellule dal sistema immunitario dell'organismo ed eliminare la necessità di farmaci antirigetto.

Vertex ha visto anche il suo farmaco antidolorifico non oppioide Journavx approvato nel gennaio 2025, con 20,000 prescrizioni già evase 3 mesi dopo.

Fonte: Vertice

Vertex detiene inoltre il diritto alla commercializzazione e alla produzione di Casgevy, la prima terapia geneticamente modificata CRISPR/Cas9 approvata al mondo, sviluppata in collaborazione con CRISPR Therapeutics (CRSP ). (Seguire il link per un rapporto completo su CRISPR Therapeutics)

Vertex può contare sul flusso di entrate stabile derivante dalla sua posizione di leadership nella fibrosi cistica (una malattia rara incurabile prima del successo di Vertex) per finanziare tutta la sua espansione in nuovi campi terapeutici.

Dovrebbe inoltre trarre vantaggio dalla recente approvazione della terapia genica CRISPR Exa-cel per le malattie del sangue, di Journavx per il dolore e di Zimislecel per il diabete.

Nel lungo periodo, l'impatto maggiore sulle finanze dell'azienda deriverà dal potenziale successo commerciale di Journavx nel raggiungere oltre 80 milioni di potenziali pazienti, da una cura permanente per il diabete di tipo 1 che non richiede farmaci antirigetto e da una cura permanente per la fibrosi cistica basata sull'editing genetico.

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni Vertex (VRTX)

Studio referenziato

^{1. Vlasova, KY, Kerr, A., Pennock, ND et al.Sintesi di lipopolimeri ionizzabili mediante reazione split-Ugi per il rilascio polmonare di RNA di varie dimensioni e l'editing genetico. Nat Comunicazione16, 4021 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59136-z}