mRNA, או שליח RNA, הוא סוג של מולקולה הנושאת מידע גנטי מה-DNA למנגנון ייצור החלבון-של התא. על ידי אספקת mRNA לתאים, אנו יכולים להורות להם לייצר כל חלבון שנרצה, כגון נוגדנים, אנזימים, הורמונים או חיסונים. כך נפתח עולם חדש של אפשרויות לטיפול במחלות שונות, ממחלות זיהומיות ועד סרטן.
במאמר זה, נציג בפניכם את היסודות של טיפול ב-mRNA, כולל כיצד הוא עובד, כיצד הוא עשוי, כיצד הוא מועבר וכיצד הוא מיושם. נשתף גם כמה מההתקדמות והאתגרים האחרונים בתחום המלהיב הזה של ביוטכנולוגיה.
כיצד פועל טיפול ב-mRNA?
טיפול ב-mRNA פועל על ידי החדרת מולקולות mRNA סינתטיות לתאים, שם הן מתורגמות לחלבונים פונקציונליים. בהתאם לסוג ומטרת החלבון, לטיפול ב-mRNA יכולות להיות השפעות שונות. לְדוּגמָה:
חיסוני mRNA יכולים לעורר תגובה חיסונית נגד פתוגן ספציפי, כמו נגיף הקורונה החדש שגורם ל-COVID-19. על ידי אספקת mRNA המקודד לחלבון ויראלי, כמו חלבון הספייק, אנו יכולים לעורר ייצור של נוגדנים ותאי T שיכולים לזהות ולחסל את הנגיף.
נוגדני mRNA יכולים לספק חסינות פסיבית נגד מחלה, כגון כלבת או HIV. על ידי אספקת mRNA המקודד לנוגדן חד שבטי, אנו יכולים להעניק הגנה מיידית מפני אנטיגן ספציפי, מבלי להסתמך על מערכת החיסון של הגוף עצמו.
החלפת חלבון mRNA יכולה לשחזר את התפקוד של חלבון חסר או פגום, כגון פקטור VIII בהמופיליה או דיסטרופין בניוון שרירים. על ידי אספקת mRNA המקודד לגרסה נורמלית של החלבון, נוכל לתקן את הגורם הבסיסי למחלה ולשפר את הסימפטומים.
עריכת גן mRNA יכולה לשנות את הגנום של התא, כמו תיקון מוטציה או הכנסת גן חדש. על ידי אספקת mRNA המקודד נוקלאזות הניתן לתכנות, כגון CRISPR/Cas9, אנו יכולים למקד ולערוך רצפי DNA ספציפיים בדיוק ויעילות גבוהים.
כיצד נוצר mRNA?
mRNA נוצר על ידי תהליך הנקרא שעתוק חוץ גופית (IVT), המשתמש בתבנית DNA ואנזים RNA פולימראז כדי לסנתז מולקולות RNA. תבנית ה-DNA מכילה רצף פרומטור ואת רצף הקידוד של החלבון הרצוי. ה-RNA פולימראז נקשר לפרומוטור ומתמלל את ה-DNA ל-RNA.
כדי להבטיח שה-mRNA הסינטטי מתפקד ויציב בתאים, נעשים מספר שינויים במהלך או אחרי IVT. אלה כוללים:
מכסה: הוספת נוקלאוטיד שונה לקצה ה-5' של ה-mRNA כדי להגן עליו מפני השפלה ולשפר את יעילות התרגום שלו. ישנם סוגים שונים של מכסים, כגון Cap 0, Cap 1 ו-Cap 2, הנבדלים ברמות המתילציה שלהם.
פוליאדנילציה: הוספת מחרוזת של נוקלאוטידים אדנין לקצה ה-3' של ה-mRNA כדי להגביר את היציבות ואת מחצית החיים שלו. אורכו של זנב הפולי(A) יכול להשתנות בין 10 ל-250 נוקלאוטידים.
אופטימיזציה: התאמת המרכיבים המבניים של ה-mRNA, כגון אזור 5' הבלתי מתורגם (UTR), UTR 3' ומסגרת הקריאה הפתוחה (ORF), כדי לשפר את רמת הביטוי והפעילות שלו. זה עשוי לכלול אופטימיזציה של השימוש בקודונים, הכנסת פפטידים פונקציונליים או רצפי אותות, או הוספת אלמנטים -מגבירים עצמיים.
שינוי: שינוי המבנה הכימי של כמה נוקלאוטידים ב-mRNA כדי להפחית את האימונוגניות שלו ולהגביר את היציבות שלו. זה עשוי להיות כרוך בהחלפת אורידין בפסאודורדין או N1-מתילפסאודורידין, או הוספת קבוצות מתיל לעמדות אחרות.
כיצד מועבר mRNA?
אספקת mRNA היא אחד האתגרים הגדולים ביותר בטיפול ב-mRNA, שכן מולקולות ה-mRNA הן גדולות, טעונות שלילי ונוטה לפירוק על ידי אנזימים בנוזלים ביולוגיים. לכן, סוגים שונים של נשאים מפותחים כדי להגן ולהעביר mRNA לתאים. אלה כוללים:
ננו-חלקיקים ליפידים (LNPs): חלקיקים כדוריים המורכבים משומנים היוצרים דו-שכבה סביב מולקולות mRNA. LNPs יכולים להתמזג עם ממברנות התא ולשחרר mRNA לתוך הציטופלזמה. LNPs נמצאים בשימוש נרחב לאספקת mRNA בשל היעילות הגבוהה והתאימות הביולוגית שלהם. כמה דוגמאות ל-LNPs הן ננו-חלקיקי שומנים מוצקים קטיוניים (SLNs), ננו-חלקיקים ליפידים מייננים (ILNs), וננו-חלקיקים שומנים מעוררים חיסוניים (ISLNs).
ננו-חלקיקים פולימריים (PNPs): חלקיקים כדוריים המורכבים מפולימרים היוצרים מבנה ליבה- של מעטפת סביב מולקולות mRNA. PNPs יכולים להיכנס לתאים על ידי אנדוציטוזיס ולברוח מהליזוזומים על ידי אפקט ספוג פרוטון או פירוק אנזימטי. PNPs מגוונים וניתנים להתאמה אישית עבור יישומים שונים. כמה דוגמאות ל-PNPs הן פוליאתילןמין (PEI), חומצה פולי(לקטית-קו-גליקולית) (PLGA) וצ'יטוזן.
ננו-אמולציות קטיוניות (CNEs): טיפות של שמן-בתוך-תחליב מים המכילים שומנים קטיוניים וחומרי שטח. CNEs יכולים לקיים אינטראקציה עם ממברנות התא ולהעביר mRNA לתוך הציטופלזמה. קל להכנה ולהגדלה של CNEs, ויכולים לשפר את האימונוגניות של חיסוני mRNA. כמה דוגמאות ל-CNEs הם DOTAP/DOPE, DOTAP/כולסטרול ו-DOTAP/MCT.
מערכות אספקת mRNA אחרות: כמה סוגים אחרים של נשאים שנחקרו לאספקת mRNA הם protamine-mRNA מעובה, אקסוזומים, שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs), סיליקה מזופורית וסידן פוספט (CaP).
מהם היישומים של טיפול ב-mRNA?
לטיפול ב-mRNA יש פוטנציאל לטפל במגוון רחב של מחלות, ממחלות זיהומיות ועד הפרעות מטבוליות, מסרטן ועד מחלות לב וכלי דם, וממחלות גנטיות ועד רפואה רגנרטיבית. חלק מהיישומים הנוכחיים והמתפתחים של טיפול ב-mRNA הם:
חיסוני mRNA: חיסוני mRNA יכולים לגרום לתגובה חיסונית חזקה וספציפית נגד פתוגנים שונים, כגון SARS-CoV-2, וירוס שפעת, HIV, וירוס סינציטיאלי נשימתי (RSV), וירוס הרפס סימפלקס (HSV), וירוס אבעבועות רוח (VZV), וירוס ציטומגלווירוס אנושי (HCMV), וירוס דנגי, וירוס דנגי, וירוס דנגי. לחיסוני mRNA יש מספר יתרונות על פני חיסונים מסורתיים, כגון פיתוח מהיר, עלות נמוכה, בטיחות גבוהה ויכולת הרחבה קלה.
נוגדני mRNA: נוגדני mRNA יכולים לספק חסינות פסיבית נגד מחלות שונות, כגון כלבת, HIV, אבולה, זיקה, אנתרקס ו-COVID-19. לנוגדני mRNA יש מספר יתרונות על פני נוגדנים קונבנציונליים, כגון ביטוי לטווח ארוך, אימונוגניות נמוכה, יציבות גבוהה וניהול קל.
החלפת חלבון mRNA: החלפת חלבון mRNA יכולה לשחזר את התפקוד של חלבון חסר או פגום במחלות שונות, כגון המופיליה, ניוון שרירים, סיסטיק פיברוזיס, פנילקטונוריה, מחלת פאברי, מחלת גושה ומחלת פרקינסון. להחלפת חלבון mRNA יש מספר יתרונות על פני טיפול בחלבונים, כגון הימנעות מאימונוגניות, שיפור הזמינות הביולוגית והפחתת המינון והתדירות.
עריכת גן mRNA: עריכת גן mRNA יכולה לשנות את הגנום של תא במחלות שונות, כגון אנמיה חרמשית, בטא-תלסמיה, מחלת הנטינגטון, ניוון שרירים דושן וסיסטיק פיברוזיס. לעריכת גן mRNA יש כמה יתרונות על פני טיפול גנטי מבוסס-DNA, כגון הימנעות משילוב בגנום המארח, הפחתת השפעות-על היעד והגברת הספציפיות והיעילות.
טיפול בתאי mRNA: טיפול בתאי mRNA יכול לתמרן את תפקוד התא במחלות שונות, כגון סרטן, מחלות אוטואימוניות, סוכרת ומחלות לב וכלי דם. לטיפול בתאי mRNA יש מספר יתרונות על פני טיפול תאי קונבנציונלי, כגון הימנעות מוקטורים ויראליים, שיפור הבטיחות והרבגוניות, והקלה על ייצור ובקרת איכות.
מהם האתגרים וההזדמנויות של טיפול ב-mRNA?
טיפול ב-mRNA הוא תחום מבטיח ומתפתח של ביוטכנולוגיה שהראה פוטנציאל רב בטיפול במחלות שונות. עם זאת, יש עדיין כמה אתגרים ומגבלות שצריך להתגבר עליהם לפני שניתן יהיה ליישם אותו באופן נרחב בפרקטיקה הקלינית. אלה כוללים:
-שיפור היציבות ויעילות האספקה של מולקולות mRNA in vivo
-הפחתת האימונוגניות והרעילות של מולקולות ונשאי mRNA
-אופטימיזציה של רמת הביטוי ומשך הזמן של חלבונים המקודדים ב-mRNA-
-פיתוח פרוטוקולים סטנדרטיים ואמצעי בקרת איכות לייצור mRNA
-הערכת הבטיחות והיעילות-ארוכת הטווח של טיפול ב-mRNA בבני אדם
-למרות האתגרים הללו, יש גם הזדמנויות ויתרונות רבים שהופכים את הטיפול ב-mRNA לאופציה אטרקטיבית לרפואה עתידית. אלה כוללים:
-ניצול הגמישות והמגוון של עיצוב וסינתזה של mRNA
-מינוף האימונוגניות והאדג'ובנטיות המובנית של מולקולות mRNA
-רתימת הביטוי וההפיכות הזמניים של חלבונים המקודדים ב-mRNA-
-חקירת ההשפעות הסינרגטיות של שילוב טיפול ב-mRNA עם שיטות אחרות
-האצת תהליך הפיתוח והאישור של מוצרי mRNA
Prisys Biotechnology, חברה המתמחה במחקר שאינו-אנושי פרימטים (NHP).ושירותים לפיתוח תרופות פרה-קליניות. טיפול ב-mRNA, סוג של מולקולה שיכולה להורות לתאים לייצר כל חלבון שנרצה, כמו נוגדנים, אנזימים, הורמונים או חיסונים. Cynomolgus macaques, מין של NHP שחולק קווי דמיון רבים עם בני אדם במונחים של אנטומיה, פיזיולוגיה, אימונולוגיה וגנטיקה. Prisys Biotechnology במחקר ופיתוח תרופות mRNA ובמודלים של NHP כדלקמן:
ל-Prisys Biotechnology פלטפורמה משולבת של משאבי NHP, מודלים של מחלות ובתי חולים קליניים כדי לספק פתרונות לתחומי מחלה שונים, כגון אימונולוגיה, דלקת, מחלות לב וכלי דם, המטולוגיה, כבד, כליות, ריאות ואונקולוגיה.
Prisys Biotechnology מציעה אפשרויות פיתוח שיתופיות עבור שיתופי פעולה מו"פ וטכנולוגיות חדשניות כגון למידה עמוקה- מבוססת מערכת כימות התנהגות תלת מימדית ב-NHP.
Prisys Biotechnology משתמשת ב-cynomolgus macaques כמודל החיות לטיפול ב-mRNA, שהם אמינים ורלוונטיים יותר ממודלים אחרים של בעלי חיים, כגון עכברים או חולדות.
Prisys Biotechnology יכולה לבדוק את הפוטנציאל וההיתכנות של טיפול ב-mRNA עבור מחלות שונות על ידי מדידת ההתנגדות החשמלית, התכונות המגנטיות, הפרמקוקינטיקה, הרעילות, האימונוגניות והיעילות של מולקולות ונשאי mRNA ב-NHPs.
