mRNA, atau RNA messenger, ialah sejenis molekul yang membawa maklumat genetik daripada DNA ke mesin pembuat-protein sel. Dengan menghantar mRNA ke dalam sel, kita boleh mengarahkan mereka untuk menghasilkan sebarang protein yang kita inginkan, seperti antibodi, enzim, hormon atau vaksin. Ini membuka dunia baru kemungkinan untuk merawat pelbagai penyakit, daripada penyakit berjangkit kepada kanser.
Dalam artikel ini, kami akan memperkenalkan anda kepada asas terapi mRNA, termasuk cara ia berfungsi, cara ia dibuat, cara ia disampaikan dan cara ia digunakan. Kami juga akan berkongsi beberapa kemajuan dan cabaran terkini dalam bidang bioteknologi yang menarik ini.
Bagaimanakah terapi mRNA berfungsi?
Terapi mRNA berfungsi dengan memperkenalkan molekul mRNA sintetik ke dalam sel, di mana ia diterjemahkan ke dalam protein berfungsi. Bergantung pada jenis dan tujuan protein, terapi mRNA boleh mempunyai kesan yang berbeza. Contohnya:
Vaksin mRNA boleh mencetuskan tindak balas imun terhadap patogen tertentu, seperti novel coronavirus yang menyebabkan COVID-19. Dengan menghantar mRNA yang mengekod protein virus, seperti protein spike, kita boleh merangsang pengeluaran antibodi dan sel T yang boleh mengecam dan menghapuskan virus.
Antibodi mRNA boleh memberikan imuniti pasif terhadap penyakit, seperti rabies atau HIV. Dengan menghantar mRNA yang mengekod antibodi monoklonal, kita boleh memberikan perlindungan segera terhadap antigen tertentu, tanpa bergantung pada sistem imun badan sendiri.
Penggantian protein mRNA boleh memulihkan fungsi protein yang hilang atau rosak, seperti faktor VIII dalam hemofilia atau distrofin dalam distrofi otot. Dengan menghantar mRNA yang mengekod versi normal protein, kami boleh membetulkan punca penyakit dan memperbaiki gejala.
Penyuntingan gen mRNA boleh mengubah suai genom sel, seperti membetulkan mutasi atau memasukkan gen baharu. Dengan menyampaikan mRNA yang mengekodkan nuklease boleh atur cara, seperti CRISPR/Cas9, kami boleh menyasarkan dan mengedit jujukan DNA tertentu dengan ketepatan dan kecekapan yang tinggi.
Bagaimanakah mRNA dibuat?
mRNA dibuat melalui proses yang dipanggil transkripsi in vitro (IVT), yang menggunakan templat DNA dan enzim polimerase RNA untuk mensintesis molekul RNA. Templat DNA mengandungi jujukan promoter dan jujukan pengekodan protein yang dikehendaki. Polimerase RNA mengikat kepada promoter dan mentranskripsikan DNA ke dalam RNA.
Untuk memastikan bahawa mRNA sintetik berfungsi dan stabil dalam sel, beberapa pengubahsuaian dibuat semasa atau selepas IVT. Ini termasuk:
Pembatasan: menambahkan nukleotida yang diubah suai pada hujung 5' mRNA untuk melindunginya daripada degradasi dan meningkatkan kecekapan terjemahannya. Terdapat pelbagai jenis penutup, seperti Cap 0, Cap 1 dan Cap 2, yang berbeza dalam tahap metilasinya.
Poliadenilasi: menambahkan rentetan nukleotida adenin pada hujung 3' mRNA untuk meningkatkan kestabilan dan separuh hayatnya.- Panjang ekor poli(A) boleh berbeza dari 10 hingga 250 nukleotida.
Pengoptimuman: melaraskan komponen struktur mRNA, seperti kawasan 5' tidak diterjemahkan (UTR), 3' UTR, dan bingkai bacaan terbuka (ORF), untuk meningkatkan tahap ekspresi dan aktivitinya. Ini mungkin melibatkan pengoptimuman penggunaan kodon, memperkenalkan peptida berfungsi atau jujukan isyarat, atau menambah-elemen penguat sendiri.
Pengubahsuaian: mengubah struktur kimia beberapa nukleotida dalam mRNA untuk mengurangkan imunogenisiti dan meningkatkan kestabilannya. Ini mungkin melibatkan penggantian uridin dengan pseudouridine atau N1-methylpseudouridine, atau menambah kumpulan metil pada kedudukan lain.
Bagaimanakah mRNA dihantar?
Penghantaran mRNA adalah salah satu cabaran terbesar dalam terapi mRNA, kerana molekul mRNA adalah besar, bercas negatif, dan terdedah kepada degradasi oleh enzim dalam cecair biologi. Oleh itu, pelbagai jenis pembawa dibangunkan untuk melindungi dan mengangkut mRNA ke dalam sel. Ini termasuk:
Lipid nanopartikel (LNPs): zarah sfera yang terdiri daripada lipid yang membentuk dwilapisan di sekeliling molekul mRNA. LNP boleh bergabung dengan membran sel dan melepaskan mRNA ke dalam sitoplasma. LNP digunakan secara meluas untuk penghantaran mRNA kerana kecekapan tinggi dan biokompatibiliti mereka. Beberapa contoh LNP ialah nanopartikel lipid pepejal kationik (SLNs), nanopartikel lipid terion (ILNs), dan nanopartikel lipid imunostimulasi (ISLNs).
Nanopartikel polimer (PNP): zarah sfera yang terdiri daripada polimer yang membentuk struktur kulit-teras di sekeliling molekul mRNA. PNP boleh memasuki sel melalui endositosis dan melarikan diri daripada lisosom melalui kesan span proton atau degradasi enzimatik. PNP adalah serba boleh dan boleh disesuaikan untuk aplikasi yang berbeza. Beberapa contoh PNP ialah polyethylenimine (PEI), poly(laktik-co-asid glikolik) (PLGA) dan kitosan.
Nanoemulsi kationik (CNEs): titisan minyak-dalam-emulsi air yang mengandungi lipid kationik dan surfaktan. CNE boleh berinteraksi dengan membran sel dan menghantar mRNA ke dalam sitoplasma. CNE mudah disediakan dan dipertingkatkan, dan boleh meningkatkan imunogenisiti vaksin mRNA. Beberapa contoh CNE ialah DOTAP/DOPE, DOTAP/kolesterol dan DOTAP/MCT.
Sistem penghantaran mRNA lain: beberapa jenis pembawa lain yang telah diterokai untuk penghantaran mRNA ialah protamin-mRNA pekat, eksosom, vesikel ekstraselular (EV), silika mesoporus dan kalsium fosfat (CaP).
Apakah aplikasi terapi mRNA?
Terapi mRNA mempunyai potensi untuk merawat pelbagai jenis penyakit, daripada penyakit berjangkit kepada gangguan metabolik, daripada kanser kepada penyakit kardiovaskular, dan daripada penyakit genetik kepada perubatan regeneratif. Beberapa aplikasi terapi mRNA semasa dan baru muncul ialah:
Vaksin mRNA: Vaksin mRNA boleh mendorong tindak balas imun yang teguh dan spesifik terhadap pelbagai patogen, seperti SARS-CoV-2, virus influenza, HIV, virus syncytial pernafasan (RSV), virus herpes simplex (HSV), virus varicella zoster (VZV), sitomegalovirus manusia (HCMV), virus rabies dan virus denggi. Vaksin mRNA mempunyai beberapa kelebihan berbanding vaksin tradisional, seperti pembangunan pesat, kos rendah, keselamatan tinggi dan mudah berskala.
Antibodi mRNA: Antibodi mRNA boleh memberikan imuniti pasif terhadap pelbagai penyakit, seperti rabies, HIV, Ebola, Zika, antraks dan COVID-19. Antibodi mRNA mempunyai beberapa kelebihan berbanding antibodi konvensional, seperti ekspresi jangka panjang, imunogenisiti rendah, kestabilan tinggi, dan pentadbiran yang mudah.
Penggantian protein mRNA: Penggantian protein mRNA boleh memulihkan fungsi protein yang hilang atau rosak dalam pelbagai penyakit, seperti hemofilia, distrofi otot, fibrosis kistik, fenilketonuria, penyakit Fabry, penyakit Gaucher dan penyakit Parkinson. Penggantian protein mRNA mempunyai beberapa kelebihan berbanding terapi protein, seperti mengelakkan imunogenisiti, meningkatkan bioavailabiliti, dan mengurangkan dos dan kekerapan.
penyuntingan gen mRNA: penyuntingan gen mRNA boleh mengubah suai genom sel dalam pelbagai penyakit, seperti anemia sel sabit, beta-talasemia, penyakit Huntington, distrofi otot Duchenne dan fibrosis kistik. Penyuntingan gen mRNA mempunyai beberapa kelebihan berbanding terapi gen-berasaskan DNA, seperti mengelakkan penyepaduan ke dalam genom hos, mengurangkan-kesan sasaran dan meningkatkan kekhususan dan kecekapan.
Terapi sel mRNA: terapi sel mRNA boleh memanipulasi fungsi sel dalam pelbagai penyakit, seperti kanser, penyakit autoimun, diabetes dan penyakit kardiovaskular. Terapi sel mRNA mempunyai beberapa kelebihan berbanding terapi sel konvensional, seperti mengelakkan vektor virus, meningkatkan keselamatan dan serba boleh, dan memudahkan pembuatan dan kawalan kualiti.
Apakah cabaran dan peluang terapi mRNA?
Terapi mRNA adalah bidang bioteknologi yang menjanjikan dan baru muncul yang telah menunjukkan potensi besar dalam merawat pelbagai penyakit. Walau bagaimanapun, masih terdapat beberapa cabaran dan batasan yang perlu diatasi sebelum ia boleh digunakan secara meluas dalam amalan klinikal. Ini termasuk:
-Meningkatkan kestabilan dan kecekapan penghantaran molekul mRNA dalam vivo
-Mengurangkan imunogenik dan ketoksikan molekul dan pembawa mRNA
-Mengoptimumkan tahap ekspresi dan tempoh mRNA-protein yang dikodkan
-Membangunkan protokol piawai dan langkah kawalan kualiti untuk pengeluaran mRNA
-Menilai keselamatan-jangka panjang dan keberkesanan terapi mRNA pada manusia
-Walaupun terdapat cabaran ini, terdapat juga banyak peluang dan kelebihan yang menjadikan terapi mRNA sebagai pilihan yang menarik untuk perubatan masa hadapan. Ini termasuk:
-Mengeksploitasi fleksibiliti dan kepelbagaian reka bentuk dan sintesis mRNA
-Memanfaatkan imunogenik dan adjuvantiliti molekul mRNA yang wujud
-Memanfaatkan ungkapan sementara dan kebolehterbalikan mRNA-protein yang dikodkan
-Meneroka kesan sinergistik menggabungkan terapi mRNA dengan modaliti lain
-Mempercepatkan proses pembangunan dan kelulusan produk mRNA
Prisys Biotechnology, sebuah syarikat yang pakar dalampenyelidikan bukan-primat manusia (NHP).dan perkhidmatan untuk pembangunan ubat praklinikal. Terapi mRNA, sejenis molekul yang boleh mengarahkan sel untuk menghasilkan sebarang protein yang kita inginkan, seperti antibodi, enzim, hormon atau vaksin. Cynomolgus macaques, spesies NHP yang mempunyai banyak persamaan dengan manusia dari segi anatomi, fisiologi, imunologi dan genetik. Bioteknologi Prisys dalam penyelidikan dan pembangunan ubat mRNA dan model NHP seperti berikut:
Prisys Biotechnology mempunyai platform bersepadu sumber NHP, model penyakit dan hospital klinikal untuk menyediakan penyelesaian bagi pelbagai bidang penyakit, seperti imunologi, keradangan, penyakit kardiovaskular, hematologi, hati, buah pinggang, paru-paru dan onkologi.
Prisys Biotechnology menawarkan pilihan pembangunan koperasi untuk kerjasama R&D dan teknologi inovatif seperti pembelajaran mendalam-sistem pengiraan tingkah laku 3D dalam NHP.
Prisys Biotechnology menggunakan kera cynomolgus sebagai model haiwan untuk terapi mRNA, yang lebih dipercayai dan relevan daripada model haiwan lain, seperti tikus atau tikus.
Bioteknologi Prisys boleh menguji potensi dan kebolehlaksanaan terapi mRNA untuk pelbagai penyakit dengan mengukur rintangan elektrik, sifat magnetik, farmakokinetik, ketoksikan, imunogenik, dan keberkesanan molekul dan pembawa mRNA dalam NHP.
