►mRNA-gebaseerde therapie-toekomst en uitdagingen
Er bestaat geen twijfel dat de voortdurende vooruitgang van de mRNA-technologie in de toekomst het mogelijk zal maken dat deze op grotere schaal zal worden gebruikt op meer terreinen, met name op het gebied van kankerimmunotherapie en vaccins tegen infectieziekten. Zo worden bijvoorbeeld op mRNA-gebaseerde pluripotente stamcelinductie, mRNA-nuclease-ondersteund ontwerp en eiwitafgiftetechnologieën gebruikt bij de ontwikkeling van geneesmiddelen. In de komende paar jaar zullen opkomende therapieën afgeleid van mRNA-technologie een snelle ontwikkeling doormaken, zoals (1) allergietolerantietherapie, waarbij gebruik wordt gemaakt van bewerkt plasmide-DNA en mRNA om allergische reacties te reguleren die worden veroorzaakt door T-helper- en Treg-cellen; (2) immunotherapie tegen kanker: het autonome immuunsysteem verbeteren of veranderen, ervoor zorgen dat het kankercellen beter kan ontdekken en aanvallen, of microRNA en mRNA gebruiken om immuun-gerelateerde genen te reguleren, waardoor immuunreacties worden geactiveerd om kankercellen te bestrijden; (3) genoommanipulatietherapie of gentherapie, met inbegrip van het efficiënt en nauwkeurig transplanteren van normale genen of het bewerken van nucleïnezuurgenoomsequenties om ontbrekende of defecte genen te vervangen, waardoor genetische ziekten worden gecorrigeerd of inactieve gunstige mechanismen of routes worden bevorderd, waardoor deze de mogelijkheid krijgen om genetische ziekten te behandelen; (4) eiwitvervangingstherapie: mRNA-geneesmiddelen worden beschouwd als een effectief alternatief voor gentherapie, vooral eiwitvervangers, omdat ze het risico van genoomintegratie vermijden en krachtige tijdelijke expressie bieden.
Het is de moeite waard te vermelden dat het onlangs opkomende genbewerkingssysteem-CRISPR/Cas-genoombewerking wordt toegepast. CRISPR/Cas-genbewerking wordt veel gebruikt in het onderzoek naar systeemontwikkeling en -evolutie. De afgelopen jaren hebben wetenschappers echter Cas-eiwitten uit prokaryoten gebruikt om infectieziekten te behandelen op basis van de erfelijke en adaptieve immuunkenmerken van CRISPR in zijn oorspronkelijke prokaryotische expressie. Deze eiwitten zijn schadelijk, maar wanneer ze het menselijk lichaam binnendringen, veroorzaken ze een immuunreactie en produceren ze specifieke antilichamen [4]. Daarnaast wordt de CRISPR/Cas-technologie ook geïntegreerd in het moleculaire biologieonderzoek van tumorcellen, dat wordt gebruikt om het genoom snel en nauwkeurig te bewerken, genmutaties te construeren om tumor-gerelateerde genen te bestuderen, of genen uit te schakelen voor onderzoek naar tumorbehandeling.
Bovendien is op mRNA-gebaseerde combinatietherapie geleidelijk een methode geworden voor de behandeling van kwaadaardige tumoren. Zoals eerder vermeld lijken traditionele vaccins niet ideaal om herhaalde snelle mutaties van virale infecties te voorkomen. Het gebruik van mRNA-vaccins om preventieve of therapeutische vaccins te ontwikkelen is de meest effectieve manier om de nieuwe corona-COVID-19-epidemie in te dammen. Vaccins die zijn ontwikkeld met behulp van mRNA-technologie weerspiegelen hun voordelen bij de productie, evenals hun veiligheid en preventieve of therapeutische effecten in klinische onderzoeken. In de komende tien jaar zullen zelfamplificerende of replicon-RNA-vaccins en niet-replicerende mRNA-vaccins op grotere schaal worden gebruikt.
Naast de actieve verkenning van mRNA-vaccins voor infectieziekten zal het gebruik van mRNA in opkomende therapieën voor tumoren de komende tien jaar ook een mijlpaal in de ontwikkeling bereiken. Het is de moeite waard te benadrukken dat de ontwikkeling van in vitro transcriptie-mRNA-therapie zich nog in de beginfase bevindt. Het is nog steeds een uitdaging om een grote hoeveelheid synthetisch mRNA te verkrijgen dat voor klinische behandeling kan worden gebruikt. Problemen die verband houden met extracellulaire reacties moeten ook worden opgelost. Effectieve leveringsmethoden moeten voortdurend worden verbeterd. Het vaccin wordt beschermd tegen verschillende enzymverstoringen of vermijdt afbraak van geneesmiddelen bij het passeren van de celbarrière.
Om deze uitdagingen te overwinnen, inclusief het gebruik van in vitro mRNA-technologie om autologe T-cellen of dendritische cellen van patiënten opnieuw te bewerken en te transplanteren, terwijl de methoden voor het afleveren van mRNA-vaccins voortdurend worden verbeterd. Momenteel investeren de biofarmaceutische en technologische industrieën middelen om de volgende problemen op te lossen:
Stabiliteit-gerelateerde problemen
Zoals eerder vermeld hebben mRNA-moleculen gemiddeld 1.000-6.000 basenparen en een hoog molecuulgewicht (4-5 x 105 Dalton), omdat mRNA wordt gesynthetiseerd met behulp van enzymen. Vergeleken met kleinere sRNA's zijn mRNA's relatief groot, waardoor ze inherent onstabiel en moeilijk te vervaardigen zijn. De methoden die worden gebruikt om oligonucleotiden te modificeren, zoals de chemie van vergrendeld nucleïnezuur (LNA) en ontgrendeld nucleïnezuur (UNA), zijn beperkt tot op mRNA gebaseerde producten. Daarom is er dringend behoefte aan een technologie die deze medicijnmoleculen in het menselijk lichaam kan injecteren, terwijl de stabiliteit van de medicijnmoleculen behouden blijft en de opname door de cellen wordt bevorderd.
Effectieve bezorgmethoden
Hoewel er momenteel verschillende bezorgmethoden beschikbaar zijn
1. Op lipiden-gebaseerde afgifte: het gebruik van lipiden of hun derivaten/soortgelijke verbindingen om deeltjes (LNP) te vormen, die kunnen worden gebruikt voor in vivo afgifte van mRNA-therapieën en vaccins. LNP's zijn deeltjes op nanoschaal die zijn samengesteld uit synthetische of fysiologische lipidematerialen. Het voordeel is dat het minder waarschijnlijk is dat RNA dat is ingekapseld in LNP enzymatisch wordt afgebroken, en dat de inkapselingsefficiëntie relatief hoog is en gemakkelijk te produceren. Bovendien leveren cellen effectief mRNA-moleculen af in de cytoplasmatische sol door LNP te fagocyteren;
2. Op peptiden-gebaseerde afgifte: diverse peptiden, vooral die welke kationische aminozuren bevatten (zoals lysine en arginine), kunnen fungeren als afgiftedragers en betere complexen vormen tussen dragers en mRNA door middel van elektrostatische interacties. De vorming van complexen vermindert de mogelijkheid van enzymatische afbraak;
3. Aflevering op basis van polymeren-: Polymeermaterialen (zoals polyaminen, dendrimeren en copolymeren) kunnen worden gebruikt om mRNA-kandidaten effectief af te leveren. Deze drager heeft ook de voordelen dat hij de afbraak van enzymen voorkomt en de intracellulaire afgifte ondersteunt. Het probleem is dat ze meestal niet erg stabiel zijn. Daarom moet de structuur van polymeermaterialen worden aangepast om de stabiliteit en veiligheid van kandidaat-geneesmiddelen te verbeteren. Bijvoorbeeld het toevoegen van lipideketens, hypervertakte groepen en biologisch afbreekbare subeenheden, waardoor de processtroom zal toenemen;
4. Virus-achtige replicondeeltjes (VRP): kapselen klein activerend RNA (saRNA) en virusreplicondeeltjes in en leveren de codering af aan het cytoplasma. Eenmaal in de cel zal saRNA zichzelf-repliceren en het gespecificeerde antigeen tot expressie brengen. Het voordeel van VRP-levering is een hoog rendement. Het staat echter voor twee grote uitdagingen. Ten eerste is er een speciaal productieproces vereist voor de grootschalige productie van VRP's. Ten tweede kan het menselijk lichaam antilichamen tegen de virale vector produceren;
5. Kationische nano-emulsie: Kationische lipiden bestaande uit nano-emulsies worden ook gebruikt voor RNA-afgifte. Deze verbindingen gebruiken hun hydrofobe en hydrofiele eigenschappen om de lipide-eigenschappen van medicijnen of vaccins te stabiliseren, omdat de chemische interacties op het oppervlak van moleculen mRNA kunnen beschermen tegen afbraak van enzymen, waardoor een stabiele afgifte van moleculen wordt bereikt. En nano-emulsies kunnen worden gegenereerd met enkele eenvoudige technieken, zoals krachtig roeren, ultrageluid of microfluïdica;
6. In de toekomst moet de complexe interne structuur van de volgende generatie LNP worden versterkt, en de fysieke stabiliteit ervan moet verder worden verbeterd, zoals vaste lipide nanodeeltjes, nanogestructureerde lipidedragers en kationische lipidenucleïnezuurcomplexen. Met chemische middelen kan het vermogen om de locatie en het tijdstip van de toediening en afgifte van geneesmiddelen in het lichaam te controleren verder worden verbeterd, waardoor een effectievere en/of veiligere behandeling voor verschillende ziekten wordt verkregen.
Veiligheidsproblemen
De kwestie van mRNA-vaccins die mogelijk interferonreacties induceren lijkt onduidelijk. Wat zou de hoofdoorzaak kunnen zijn van bijwerkingen die verband houden met ontstekingen en auto-immuniteit? Een ander potentieel veiligheidsprobleem kan voortkomen uit extracellulaire reacties.
Op dit moment hebben de Europese en Amerikaanse geneesmiddelenautoriteiten geen specifieke regelgeving uitgevaardigd voor mRNA-geneesmiddelen
Het kan gebaseerd zijn op mRNA-therapie die tot een brede categorie van genetische immunogenen of vaccins behoort. Daarom wordt het onderzoek naar en de ontwikkeling van mRNA-geneesmiddelen door het Europees Geneesmiddelenbureau (EMA) geclassificeerd als geneesmiddelen voor geavanceerde therapie (ATMP) of geneesmiddelen voor gentherapie (GTMP). Nu er echter mRNA-producten op medisch gebied blijven verschijnen, is het zeer noodzakelijk om specifiekere regelgeving vast te stellen om het onderzoek en de ontwikkeling ervan soepeler te laten verlopen, althans wat betreft de veiligheid en werkzaamheid van klinische onderzoeken die verband houden met dit soort geneesmiddelen. Onderzoek en ontwikkeling hebben duidelijke regels nodig. Of moeten we, afhankelijk van de unieke functie van mRNA, de specificaties wijzigen die zijn geformuleerd door DNA-vaccins en gentherapievectoren voor onderzoek en ontwikkeling van nieuwe medicijnen of vaccins op basis van mRNA?
Er kan worden bevestigd dat RNA-therapie op verschillende gebieden aanzienlijke vooruitgang heeft geboekt, en dat veel therapieën zich in verschillende stadia van klinische (pre)ontwikkeling bevinden. Met de vooruitgang van de moleculaire biologie en een grote hoeveelheid geïnvesteerde menselijke en materiële middelen is mRNA-therapie een realiteit geworden. Met meer investeringen op dit gebied zal mRNA-therapie naar nieuwe hoogten worden gestuwd en een langverwachte nieuwe behandeling voor kanker, infecties en genetische ziekten worden.
