Thiết kế hạt nano RNA đưa các yếu tố trị liệu an toàn và ổn định vào tế bào

Nhiều năm nay các nhà khoa học đã biết RNA, họ hàng của DNA, là một công cụ tiềm năng cho liệu pháp nano - nanotherapy, nhờ đó các yếu tố của liệu pháp điều trị được đưa vào bên trong cơ thể theo các hạt nano. Nhưng có nhiều khó khăn đặt ra khi tạo ra các RNA trị liệu, duy trì trong thời gian dài hay tính ổn định cao và không độc khi đưa vào các tế bào mục tiêu.

Với 2 bài trên tạp chí Liệu pháp Phân tử (Molecular Therapy), Tiến sĩ kỹ thuật y sinh Peixuan Guo của đại học Cincinnati (University of Cincinnati, UC) mô tả chi tiết phương pháp tạo ra các hạt nano RNA lớn và kiểm tra độ an toàn của chúng khi vận chuyển các yếu tố liệu pháp vào tế bào mục tiêu.

Giáo sư Guo nói: “Đây là hai sự kiện quan trọng của liệu pháp nano RNA. Một vấn đề trong liệu pháp RNA là đòi hỏi phải tạo ra một lượng RNA tương đối lớn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung giải quyết vấn đề thử thách nhất là tạo ra các phân tử RNA lớn với số lượng ở quy mô công nghiệp bằng phương pháp nhị phần – bipartite approach, phát hiện thấy pRNA có thể được tụ lại từ hai phần RNA nhỏ hơn".

Guo và một số nhà nghiên cứu ở Viện Ung thư Quốc gia (National Cancer Institute, NCI) nghiên cứu về RNA trong nhiều thập kỷ đã tiên phong trong việc sử dụng một đơn vị cấu trúc linh hoạt trong kỹ thuật nano, hoặc tạo ra các hệ thống chức năng ở cấp độ phân tử. Năm 1987, ông đã phát hiện ra RNA đóng gói (packaging RNA, pRNA) trong bacteriophage phi 29 có thể khởi động một motor (phức hợp vận hành) để đóng gói DNA vào vỏ protein của nó. Năm 1998, phòng thí nghiệm của ông khám phá ra rằng pRNA có thể tự tụ tập lại hoặc được đưa vào các hạt nano để khởi động motor này.

(Ảnh minh họa: Redicecreations)

Trong nghiên cứu gần đây nhất của ông, Guo và đồng nghiệp lập ra nhiều hướng nghiên cứu chi tiết để thiết kế một pRNA chức năng dài 117-base mang theo phân tử RNA can thiệp nhỏ (small interfering RNA, siRNA). siRNA là một công cụ hiệu quả làm bất hoạt hay làm “câm” các gen trong tế bào, những nỗ lực trước đây để tạo ra siRNA có chỉnh sửa về mặt hóa học chỉ duy trì được 15-45 phút trong cơ thể và thường gây ra các đáp ứng miễn dịch không mong muốn.

“Các hạt pRNA mà chúng tôi tạo ra gắn với siRNA có thời gian bán hủy từ 5 đến 10 giờ trong động vật thí nghiệm, không có độc tính và không gây ra đáp ứng miễn dịch,” Gs. Guo cho biết. “Việc thời gian tuần hoàn trong cơ thể tăng lên 10 lần rất quan trọng trong quá trình phát triển thuốc trị liệu và mở ra phương hướng cho thử nghiệm khả năng điều trị của các hạt nano RNA.”

Kích thước của phân tử pRNA cấu trúc rất quan trọng đối với việc vận chuyển hiệu quả các yếu tố trị liệu đến các mô bệnh. “Các hạt nano RNA phải có kích thước trong khoảng 15 đến 50 nanometer,” Gs Guo nói. “Nó phải đủ lớn để thu nạp được bởi cơ thể và không đi vào các tế bào một cách ngẫu nhiên và gây ra độc tính, nhưng phải đủ nhỏ để đi vào được tế bào mục tiêu với sự hỗ trợ của các thụ thể bề mặt của tế bào.”

Trong bài báo “Sự kết hợp của các hạt nano pRNA-siRNA sử dụng phương pháp nhị phần,” Guo và đồng sự sử dụng hai đoạn RNA được tổng hợp để tạo ra pRNA dài 117-base, việc này có thể tập trung được với các pRNA khác và thực hiện chức năng trong motor của bacteriophage phi20 để đóng gói DNA.

Phương pháp nhị phần trong tổng hợp pRNA đã vượt qua được trở ngại về giới hạn kích thước khi tổng hợp các hạt nano RNA, Gs Guo nhận định. “Các hạt nano thu được khá hữu hiệu trong việc chuyển tải và giải phóng các yếu tố trị liệu và làm “câm” các gen trong tế bào. Khả năng tổng hợp hóa học các hạt nano cho phép việc cải tiến RNA đi xa hơn để duy trì sự ổn định của nó và đến được mục tiêu cụ thể".

Ấn bản thứ hai, “Xác định dược tính của các hạt nano pRNA của phi29 được tổng hợp đơn phân hóa học để chuyển tải vào hệ thống,” được phát triển từ nghiên cứu trên, giải thích rằng các hạt pRNA ba chiều cải tiến được sản xuất thành công nhờ phương pháp hai mảnh. Các hạt nano cải tiến chống chịu được các enzyme phổ biến, có thể tấn công và làm suy biến RNA; duy trì được sự ổn định hóa tính và trao đổi chất của tế bào.

Hơn nữa, khi chuyển đến các tế bào mục tiêu trong động vật thí nghiệm, các hạt nano này không gây độc và không gây đáp ứng miễn dịch, cho phép các hạt nano thực hiện việc gắn vào tế bào ung thư in vivo. Các nghiên cứu trước đã bao bọc siRNA liệu pháp vào một “áo” polymer hoặc liposome để chuyển vào tế bào.

“Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là lần đầu tiên các hạt nano “trần” được kiểm tra một cách toàn diện về dược tính in vivo và được chứng minh là an toàn, cũng như vận chuyển chúng vào mô khối u bằng một cơ chế xác định mục tiêu cụ thể,” Gs Guo cho biết. “Điều này cho thấy các hạt nano pRNA không được bao bọc có tất cả các đặc tính dược hữu hiệu để làm một mô hình vận chuyển nano hiệu quả cho những nhiều ứng dụng y học.”