RNA efficiënt transporteren voor de behandeling van kanker

Hoewel onderzoekers kankerbehandelingen op basis van RNA-interferentie hebben onderzocht - een methode die slecht werkende genen met korte RNA-fragmenten kan uitschakelen - moeten ze de afgelopen 10 jaar nog steeds een techniek vinden om RNA efficiënt te transporteren.
Kort interfererend RNA (siRNA) - het type dat wordt gebruikt voor RNA-interferentie - verslechtert gewoonlijk snel in het lichaam, door enzymen die beschermen tegen RNA-virusinfecties.
Paula Hammond, de David H. Koch hoogleraar in Engineering aan het MIT, legde uit:

"Het is een echte strijd geweest om te proberen een afleversysteem te ontwerpen waarmee we siRNA kunnen beheren, vooral als je het op een specifiek deel van het lichaam wilt richten."

In het 26 februari nummer van het tijdschrift NatuurmaterialenHammond en haar team onthullen dat ze een innovatief toedieningssysteem hebben ontwikkeld dat RNA zo compact verpakt in microsferen dat het RNA zijn bestemming kan bereiken voordat ze verslechteren. Net zoals de huidige afleveringstechnieken, breekt het nieuwe systeem de expressie van specifieke genen effectief af, hoewel met een aanzienlijk kleinere dosis deeltjes.
Hammond, lid van MIT's David H. Koch Instituut voor Integratief Kankeronderzoek, legt uit dat dergelijke deeltjes veelbelovend lijken voor het ontwikkelen van een nieuwe methode om kanker te behandelen en ook voor andere chronische ziekten veroorzaakt door een "zich misdragend gen".
Hammond zei:

"RNA-interferentie houdt een enorme hoeveelheid belofte in voor een aantal stoornissen, waaronder kanker, maar ook neurologische stoornissen en immuunstoornissen."

Jong Bum Lee, een voormalige postdoc in Hammond's lab, is de hoofdauteur van het rapport. Andere auteurs zijn onder meer Postdoc Jinkee Hong, Daniel Bonner PhD '12 en Zhiyong Poon PhD '11.
RNA-interferentie werd ontdekt in 1998 en is een natuurlijk proces. RNA-interferentie zorgt ervoor dat cellen hun genetische expressie kunnen aanpassen. Meestal wordt genetische informatie overgedragen van DNA in de kern naar ribosomen, cellulaire structuren waar eiwitten worden geproduceerd.
siRNA hecht zich aan het drager-RNA dat deze genetische informatie transporteert en instructies afbreekt voordat ze in staat zijn het ribosoom te bereiken.
Onderzoekers zijn momenteel bezig met het ontwikkelen van verschillende manieren om dit proces synthetisch te spiegelen om zich te richten op specifieke genen, waaronder het omhullen van siRNA in nanodeeltjes gemaakt van lipiden of anorganische materialen, zoals goud. Hoewel verschillende van deze methoden enig succes hebben laten zien, is een uitdaging dat het moeilijk is om grote hoeveelheden siRNA op die draagtassen te plaatsen, omdat de korte draden niet goed sluiten.
Met behulp van een RNA-synthesemethode genaamd rolling circle-transcriptie konden de onderzoekers dit probleem overwinnen door het RNA te omhullen als één lange streng die zich vouwt tot een kleine, compacte bol. Met deze methode konden de onderzoekers zeer lange RNA-strengen maken, bestaande uit een herhalende reeks van 21 nucleotiden. Die segmenten worden gedeeld door een kortere strook die wordt geïdentificeerd door het enzym Dicer, dat RNA breekt waar het die sequentie ook tegenkomt.
Omdat de RNA-streng wordt gesynthetiseerd, kan deze worden samengevouwen tot een zeer compacte, sponsachtige bol. In een bol met een diameter van slechts 2 micron kunnen maximaal een half miljoen kopieën van dezelfde RNA-sequentie compact zijn.
Het team wikkelt de bollen vervolgens in een laag positief geladen polymeer, waardoor de bollen strakker worden samengeperst (tot een diameter van 200 nanometer) en ze in cellen binnendringen.
Eenmaal in de cel splitst het Dicer-enzym het RNA op in specifieke gebieden, waarbij de 21-nucleotide-siRNA-sequenties worden ontladen.
Het team heeft de bollen geprogrammeerd voor het transporteren van RNA-sequenties die een gen uitschakelen waardoor tumorcellen in knaagdieren gloeien. De onderzoekers ontdekten dat ze in staat waren om dezelfde hoeveelheid genenafbraak te bereiken als de huidige nanodeeltjesafgiftesystemen, maar met ongeveer een duizendste zoveel deeltjes.
De bollen verzamelen zich op tumorlocaties door een fenomeen dat vaak wordt gebruikt om nanodeeltjes te transporteren: "lekkende" bloedvaten rond tumoren hebben kleine poriën, waardoor extreem kleine deeltjes kunnen binnendringen.
Het team is van plan toekomstige studies uit te voeren om microsferen te ontwerpen die gecoat zijn met polymeren die specifiek gericht zijn op tumorcellen of andere zieke cellen. Bovendien ontwikkelen de onderzoekers momenteel gebieden om DNA te transporteren, voor mogelijk gebruik in gentherapie.
Geschreven door Grace Rattue