Les cellules qui sont normalement vert vif deviennent rouge vif après que les nanoparticules lipidiques aient délivré une cargaison d'ARNm codant pour Cre. Les cellules rouges contiennent l'ARNm, contrairement aux cellules vertes. Crédit :Daryll Vanover, Géorgie Tech
Un nouveau processus de criblage pourrait accélérer considérablement l'identification de nanoparticules adaptées à l'administration d'ARN thérapeutique dans des cellules vivantes. La technique permettrait aux chercheurs de cribler des centaines de nanoparticules à la fois, identifier les organes dans lesquels ils s'accumulent et vérifier qu'ils peuvent délivrer avec succès une cargaison d'ARN dans les cellules vivantes.
Basé sur un travail connu sous le nom de « codage à barres ADN, " la technique insère des extraits uniques d'ADN dans jusqu'à 150 nanoparticules différentes pour des tests simultanés. Les nanoparticules sont ensuite injectées dans des modèles animaux et autorisées à voyager vers des organes tels que le foie, rate ou les poumons. Les techniques de séquençage génétique identifient ensuite quelles nanoparticules marquées par l'ADN ont atteint des organes spécifiques.
Dans un article publié le 1er octobre dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences , une équipe de recherche décrit avoir poussé le processus un peu plus loin pour vérifier que les nanoparticules sont entrées dans les cellules des organes spécifiques. En plus du code-barres ADN, les chercheurs ont inséré dans chaque nanoparticule un extrait d'ARNm qui est transformé en une protéine connue sous le nom de "Cre". La protéine Cre génère une lueur rouge, identifier les cellules dans lesquelles les nanoparticules ont pénétré et délivré avec succès le médicament ARNm, permettant aux chercheurs d'identifier quelles nanoparticules peuvent délivrer des médicaments à base d'ARN aux cellules des organes spécifiques.
« Cette technique, connu sous le nom d'indication rapide de la découverte de nanoparticules (TROUVE), nous permettra d'identifier le bon transporteur bien plus rapidement et à moindre coût que nous n'avons pu le faire par le passé, " a déclaré James E. Dahlman, professeur adjoint au département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et de l'Université Emory. "Par conséquent, les chances que nous soyons capables de trouver des porteurs pour des tissus spécifiques devraient augmenter considérablement."
La technique FIND remplacerait le criblage in vitro, qui a un succès limité dans l'identification des porteurs de nanoparticules pour les thérapies génétiques. La recherche a été financée par le National Institutes of Health, et de la Cystic Fibrosis Research Foundation, la Fondation de la maladie de Parkinson et le programme de prix Bayer pour l'hémophilie.
James Dahlman, professeur adjoint au département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et Emory University, détient une puce microfluidique utilisée pour fabriquer des nanoparticules qui pourraient être utilisées pour délivrer des gènes thérapeutiques. Crédit :Rob Felt, Géorgie Tech
Les thérapies basées sur l'ARN et l'ADN pourraient traiter un large éventail de maladies d'origine génétique, y compris l'athérosclérose, où de telles thérapies peuvent être en mesure d'inverser l'accumulation de plaque dans les artères. Les nanoparticules utilisées pour délivrer l'ARN et l'ADN dans les cellules sont constituées de plusieurs ingrédients dont les niveaux peuvent être variés, créant le potentiel de dizaines de milliers de nanoparticules différentes. Trouver la bonne combinaison de ces ingrédients pour cibler des cellules spécifiques a nécessité de nombreux processus de découverte par essais et erreurs qui ont limité l'utilisation des thérapies à base d'ARN et d'ADN.
L'utilisation du processus de codage à barres ADN permet de tester simultanément des centaines de combinaisons de nanoparticules possibles sur un seul animal, mais jusqu'à maintenant, les chercheurs pouvaient seulement dire que la combinaison avait atteint des organes spécifiques. En examinant quelles cellules dans les organes ont la lueur rouge, ils peuvent maintenant vérifier que les nanoparticules portaient les codes-barres et délivraient des médicaments ARNm fonctionnels dans les cellules.
Dans le journal, les chercheurs rapportent avoir découvert deux nanoparticules qui délivrent efficacement des siARN, ARNsg et ARNm aux cellules endothéliales de la rate. Les chercheurs pensent que leur technique peut fournir de l'ARN et de l'ADN thérapeutiques à une grande variété de types de cellules endothéliales, et peut-être aussi au système immunitaire et à d'autres types de cellules.
"Le domaine a été en mesure de fournir fonctionnellement des médicaments génétiques au foie, et nous essayons maintenant d'utiliser notre technologie pour administrer à différents organes et types de cellules pour permettre aux thérapies de traiter tous les types de cellules qui se trouvent dans le foie, " dit Cory Sago, le premier auteur de l'article et un doctorat. candidat dans le laboratoire de Dahlman. « Maintenant que nous avons un système qui nous permet de sonder ces questions à un niveau de résolution très précis, nous voulons maintenant nous attaquer à d'autres types de cellules de manière plus efficace."
Dahlman s'attend à utiliser rapidement la nouvelle technologie.
James Dahlman, professeur adjoint au département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et Emory University, est montré dans son laboratoire. Crédit :Christopher Moore, Géorgie Tech
« Nous espérons prendre des projets qui nécessiteraient normalement des années et en terminer plusieurs dans les 12 prochains mois, " at-il dit. " FIND pourrait être utilisé pour transporter toutes sortes de médicaments à base d'acide nucléique dans les cellules. Cela pourrait inclure de petits ARN, gros ARN, petits ADN et grands ADN - de nombreux types différents de médicaments génétiques qui sont maintenant développés dans les laboratoires de recherche. »
Les défis techniques à venir comprennent la démonstration que l'identification d'une affinité pour les organes de souris prédit quelles particules fonctionneront dans le corps humain, et que l'approche fonctionne pour différentes classes de thérapies génétiques.
Expérimentalement, Le laboratoire de Dahlman produit les nanoparticules à trois stations de formulation qui nécessitent environ 90 secondes pour produire chacun des quelque 250 échantillons utilisés. Les nanoparticules résultantes sont ensuite examinées pour déterminer la plage de taille appropriée - 40 à 80 nanomètres de diamètre - avant d'être purifiées et stérilisées pour l'injection dans les animaux.
Au bout de trois jours, les chercheurs séparent les cellules qui brillent en rouge et séquencent les extraits d'ADN qu'elles contiennent pour identifier les compositions chimiques qui réussissent le mieux à pénétrer dans les cellules d'organes spécifiques. Les compositions chimiques les plus prometteuses sont utilisées pour développer un nouveau lot de nanoparticules candidates pour un nouveau cycle de criblage, ce qui prend environ une semaine pour terminer.
"Nous voulons faire évoluer les meilleures particules que nous pouvons, " a déclaré Sago. "Chacun des composants compte, et nous travaillons pour que chaque composant soit adapté au type de cellule qui nous intéresse. Il y a beaucoup d'optimisation requise. "
