(PhysOrg.com) -- Les chercheurs en nanotechnologie savent depuis des années que l'ARN, le cousin de l'ADN, est un outil prometteur pour la nanothérapie, dans lequel des agents thérapeutiques peuvent être délivrés à l'intérieur du corps via des nanoparticules. Mais les difficultés de produire durablement, l'ARN thérapeutique qui reste stable et non toxique tout en entrant dans les cellules ciblées a posé des défis pour leur progrès.

Dans deux nouvelles publications dans la revue Thérapie moléculaire , Peixuan Guo, professeur de génie biomédical à l'Université de Cincinnati (UC), Doctorat, détaille les méthodes efficaces de production de grandes nanoparticules d'ARN et de test de leur sécurité dans l'administration de traitements aux cellules ciblées.

Les articles, publication préalable en ligne, représentent « deux étapes très importantes de la nanothérapie à ARN, " dit Guo.

"L'un des problèmes de la thérapie par l'ARN est la nécessité de générer des quantités relativement importantes d'ARN, " dit-il. « Dans cette recherche, nous nous sommes concentrés sur la résolution du problème le plus difficile de la production à l'échelle industrielle de grandes molécules d'ARN par une approche bipartite, constatant que l'ARNp peut être assemblé à partir de deux morceaux de modules d'ARN plus petits.

Guo, Dane et Mary Louise Miller titulaire de la chaire de génie biomédical, est directeur de l'Alliance pour la nanotechnologie dans le programme de partenariat de la plate-forme de lutte contre le cancer du National Cancer Institute (NCI) à l'UC. Il a concentré ses recherches sur l'ARN pendant des décennies, pionnier de son utilisation en tant que bloc de construction polyvalent pour la nanotechnologie, ou pour l'ingénierie de systèmes fonctionnels à l'échelle moléculaire. En 1987, il a découvert un ARN d'encapsidation (ARNp) dans le virus du bactériophage phi29 qui peut entraîner un moteur pour emballer l'ADN dans l'enveloppe de la protéine virale. En 1998, son laboratoire a découvert que l'ARNp peut s'auto-assembler ou être transformé en nanoparticules pour engrenage le moteur.

Dans ses recherches les plus récentes, Guo et ses collègues détaillent plusieurs approches pour la construction d'une molécule d'ARNp fonctionnelle de 117 bases contenant de petits ARN interférents (ARNsi). L'ARNsi s'est déjà avéré être un outil efficace pour faire taire les gènes dans les cellules, mais des tentatives précédentes ont produit des ARNsi modifiés chimiquement qui ne duraient que 15 à 45 minutes dans le corps et induisaient souvent des réponses immunitaires indésirables.

"Les particules d'ARNp que nous avons construites pour héberger des siARN ont une demi-vie comprise entre cinq et 10 heures dans des modèles animaux, sont non toxiques et ne produisent aucune réponse immunitaire, ", dit Guo. "L'augmentation par dix du temps de circulation dans le corps est importante dans le développement de médicaments et ouvre la voie à des essais cliniques de nanoparticules d'ARN en tant que médicaments thérapeutiques."

Guo dit que la taille de la molécule d'ARNp construite est cruciale pour l'administration efficace de produits thérapeutiques aux tissus malades.

"Les nanoparticules d'ARN doivent être comprises entre 15 et 50 nanomètres, " dit-il, "assez grand pour être retenu par le corps et ne pas entrer dans les cellules au hasard, provoquant une toxicité, mais suffisamment petit pour entrer dans les cellules ciblées à l'aide de réceptions de surface cellulaire.

Dans le journal, "Assemblage de nanoparticules thérapeutiques pRNA-siRNA utilisant une approche bipartite, " Guo et ses collègues ont utilisé deux fragments d'ARN synthétiques pour créer l'ARNp de 117 bases, qui a pu s'assembler davantage avec d'autres molécules d'ARNp et fonctionner dans le moteur viral du bactériophage phi29 pour emballer l'ADN.

"L'approche en deux parties dans la synthèse d'ARNp a surmonté les défis des limitations de taille dans la synthèse chimique des nanoparticules d'ARN, ", a écrit Guo. « Les nanoparticules résultantes étaient compétentes pour administrer et libérer des agents thérapeutiques aux cellules et faire taire les gènes qu'elles contiennent. La capacité de synthétiser chimiquement ces nanoparticules permet une modification chimique supplémentaire de l'ARN pour la stabilité et un ciblage spécifique.

La deuxième édition, "Caractérisation pharmacologique des nanoparticules d'ARNp phi29 monomériques synthétisées chimiquement pour une administration systémique, ” s'appuie sur cette recherche, démontrant que les nanoparticules d'ARNp tridimensionnelles modifiées étaient facilement fabriquées grâce à l'approche en deux parties. Les nanoparticules modifiées étaient résistantes aux enzymes courantes qui peuvent attaquer et dégrader l'ARN et sont restées chimiquement et métaboliquement stables.

Par ailleurs, lorsqu'il est délivré à des cellules cibles dans un modèle animal, les nanoparticules étaient non toxiques et n'induisaient pas de réponse immunitaire, permettant aux nanoparticules de se lier aux cellules cancéreuses in vivo.

Des études antérieures ont enfermé des siARN thérapeutiques dans un revêtement polymère ou un liposome pour une livraison aux cellules.

"A notre connaissance, il s'agit des premières nanoparticules d'ARN nues à avoir été examinées de manière approfondie pharmacologiquement in vivo et dont la sécurité a été démontrée, ainsi que se livrer aux tissus tumoraux par un mécanisme de ciblage spécifique, " dit-il. "Cela suggère que les nanoparticules d'ARNp sans revêtement ont toutes les caractéristiques pharmacologiques préférées pour servir de plate-forme de nanodistribution efficace pour de larges applications médicales."