Este simples truque de 3 aminoácidos aumenta a terapia de mRNA em 20 vezes

No entanto, o progresso tem sido dificultado por um desafio persistente. Para que as LNPs funcionem dentro do corpo, elas precisam se fundir com as membranas celulares e liberar seu conteúdo. Embora esse processo demonstre eficiência em experimentos laboratoriais, é muito menos eficaz em condições biológicas reais.

Cientistas Descobrem uma Solução Simples com Aminoácidos

Uma equipe de pesquisa do Biohub descobriu uma maneira surpreendentemente simples de melhorar esse processo. Em um estudo publicado na Science Translational Medicine, os pesquisadores liderados por Daniel Zongjie Wang, PhD, e Shana O. Kelley, Ph.D., mostraram que a adição de três aminoácidos comuns – metionina, arginina e serina – juntamente com as LNPs pode aumentar dramaticamente o desempenho. Essa combinação elevou a entrega de mRNA em até 20 vezes e aumentou a eficiência da edição gênica CRISPR de cerca de 25% para quase 90% após uma única dose.

“A edição gênica e as terapias baseadas em mRNA desempenharão papéis cada vez mais importantes na medicina do futuro, mas precisam das LNPs para alcançar e entrar nas células”, disse Kelley, presidente de bioengenharia no Biohub e chefe do Biohub, em Chicago, onde os cientistas estão decifrando os processos inflamatórios que impulsionam uma ampla gama de doenças. “Qualquer formulação de LNPs que esteja sendo desenvolvida hoje poderia potencialmente se beneficiar da nossa abordagem.”

A descoberta vem da estratégia mais ampla da equipe de estudar a biologia em condições que refletem melhor o corpo humano. “Foi exatamente isso que nos levou a esse ponto”, disse Wang, que lidera o Grupo de Ómicas Espaciotemporais do Biohub. “Ao perguntarmos por que as LNPs apresentam desempenhos tão diferentes no meio fisiológico do corpo, encontramos uma resposta surpreendentemente simples que poderia tornar uma ampla gama de terapias de mRNA e edição gênica substancialmente mais eficazes.”

Uma Barreira Metabólica Dentro das Células

Até agora, a maioria dos esforços para melhorar o desempenho das LNPs se concentrou na redesignação das nanopartículas em si. Cientistas testaram centenas de novas combinações de lipídios e usaram inteligência artificial para explorar inúmeras formulações. Apesar desses esforços, os resultados clínicos permaneceram abaixo das expectativas.

Os pesquisadores do Biohub adotaram uma abordagem diferente. Em vez de modificar o sistema de entrega, eles investigaram se as próprias células estavam limitando a absorção. Eles exploraram se seria possível estimular as células a absorverem as LNPs de maneira mais eficaz.

“O campo investiu enormes esforços no projeto de nanopartículas”, disse Wang. “No entanto, descobrimos que o próprio estado metabólico das células é uma parte igualmente importante – e solucionável – da equação.”

O trabalho deles revelou que o metabolismo desempenha um papel crucial. Células cultivadas em laboratório são expostas a condições ricas em nutrientes que diferem significativamente daquelas dentro do corpo humano. Quando a equipe cultivou células em um meio que se assemelha mais ao plasma sanguíneo humano, a absorção de LNPs caiu drasticamente entre 50% e 80%.

Uma análise mais aprofundada mostrou que várias vias metabólicas relacionadas a aminoácidos estavam menos ativas sob essas condições mais realistas. Isso sugere que as células no corpo operam com menos nutrientes disponíveis, o que limita sua capacidade de absorver nanopartículas.

Uma Solução Simples com Efeitos Poderosos

Para abordar essa limitação, os pesquisadores desenvolveram um suplemento direcionado contendo metionina, arginina e serina. Quando essa mistura foi administrada juntamente com as LNPs, os resultados foram impressionantes. A produção de proteínas a partir do mRNA entregue aumentou entre 5 e 20 vezes em vários tipos de células, tanto em experimentos laboratoriais quanto em animais vivos.

A melhoria foi consistente em diferentes métodos de entrega – intramuscular, intratraqueal e intravenosa – e funcionou independentemente do design específico da nanopartícula ou do material genético sendo entregue. Estudos adicionais mostraram que os aminoácidos aprimoram uma via celular que permite a entrada das nanopartículas nas células de forma mais eficiente.

Melhorias Drásticas em Estudos com Animais

A equipe testou a abordagem em modelos de doenças usando tanto terapias de mRNA quanto edição gênica CRISPR.

Em um modelo de camundongo de insuficiência hepática aguda induzida por acetaminofeno – a principal causa de falência hepática induzida por medicamentos em pacientes humanos – camundongos tratados com mRNA de hormônio do crescimento entregues apenas por LNPs tiveram uma taxa de sobrevivência de apenas 33%. Quando o mesmo tratamento foi combinado com o suplemento de aminoácidos, a sobrevivência aumentou para 100%. Os níveis da proteína terapêutica aumentaram quase nove vezes, enquanto os indicadores de dano hepático e inflamação caíram para níveis quase normais.

Em outro experimento, os pesquisadores entregaram componentes do CRISPR-Cas9 aos pulmões de camundongos. Sem o suplemento, a eficiência da edição gênica variou de 20% a 30%. Com a mistura de aminoácidos, a eficiência subiu para entre 85% e 90% após uma única dose. Esse nível de melhoria pode ser especialmente importante para condições como a fibrose cística, onde a correção gênica eficaz no tecido pulmonar é fundamental.

Um Caminho Prático em Direção ao Uso Clínico

Um dos aspectos mais promissores dessa descoberta é quão fácil pode ser aplicada em tratamentos na vida real. O suplemento utiliza aminoácidos que já são produzidos em larga escala e são considerados seguros. Ao contrário de outras estratégias que exigem alterar as nanopartículas ou modificar geneticamente as células, essa abordagem poderia ser simplesmente adicionada às formulações existentes.

Ao focar na biologia da célula em vez de redesenhar o sistema de entrega, os pesquisadores podem ter encontrado uma maneira prática de desbloquear todo o potencial das terapias de mRNA e das tecnologias de edição gênica.