Engenheiros do MIT criam uma forma inalável de RNA mensageiro

Mensageiro ARN, que pode induzir as células a produzir proteínas terapêuticas, é uma grande promessa para o tratamento de uma variedade de doenças. O maior obstáculo a esta abordagem até agora tem sido encontrar formas seguras e eficientes de entregar moléculas de mRNA às células-alvo.

MIT pesquisadores criaram uma versão inalável do mRNA, que pode levar a novas terapias para doenças pulmonares. Segundo os pesquisadores, esse aerossol poderia ser administrado diretamente nos pulmões para ajudar no tratamento de doenças como a fibrose cística.

“Acreditamos que a capacidade de fornecer mRNA por inalação poderia nos permitir tratar uma série de diferentes doenças pulmonares”, diz Daniel Anderson, professor associado do Departamento de Engenharia Química do MIT, membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT e Instituto de Engenharia Médica e Ciência (IMES) e autor sênior do estudo.

Os pesquisadores mostraram que poderiam induzir células pulmonares de camundongos a produzir uma proteína alvo – neste caso, uma proteína bioluminescente. Se a mesma taxa de sucesso puder ser alcançada com proteínas terapêuticas, isso poderá ser alto o suficiente para tratar muitas doenças pulmonares, dizem os pesquisadores.

Asha Patel, ex-pós-doutoranda do MIT e agora professora assistente na Colégio Imperial de Londres, é o principal autor do artigo, que aparece na edição de 4 de janeiro da revista Advanced Materials. Outros autores do artigo incluem James Kaczmarek e Kevin Kauffman, ambos recentes doutorados no MIT; Suman Bose, cientista pesquisador do Instituto Koch; Faryal Mir, ex-assistente técnico do MIT; Michael Heartlein, diretor técnico da Translate Bio; Frank DeRosa, vice-presidente sênior de pesquisa e desenvolvimento da Translate Bio; e Robert Langer, professor do Instituto David H. Koch no MIT e membro do Instituto Koch.

Tratamento por inalação

O RNA mensageiro codifica instruções genéticas que estimulam as células a produzir proteínas específicas. Muitos investigadores têm trabalhado no desenvolvimento de mRNA para tratar doenças genéticas ou cancro, essencialmente transformando as próprias células dos pacientes em fábricas de medicamentos.

Como o mRNA pode ser facilmente decomposto no corpo, ele precisa ser transportado dentro de algum tipo de transportador protetor. O laboratório de Anderson já projetou materiais que podem fornecer mRNA e outro tipo de terapia de RNA chamada interferência de RNA (RNAi) ao fígado e outros órgãos, e alguns deles estão sendo desenvolvidos para possíveis testes em pacientes.

Neste estudo, os pesquisadores queriam criar uma forma inalável de mRNA, que permitiria que as moléculas fossem entregues diretamente aos pulmões. Muitos medicamentos existentes para asma e outras doenças pulmonares são especialmente formulados para que possam ser inalados por meio de um inalador, que pulveriza partículas em pó do medicamento, ou de um nebulizador, que libera um aerossol contendo o medicamento.

A equipe do MIT decidiu desenvolver um material que pudesse estabilizar o RNA durante o processo de entrega do aerossol. Alguns estudos anteriores exploraram um material chamado polietilenimina (PEI) para fornecer substâncias inaláveis ADN para os pulmões. No entanto, o PEI não se decompõe facilmente, por isso, com a dosagem repetida que provavelmente seria necessária para terapias de mRNA, o polímero poderia acumular-se e causar efeitos secundários.

Para evitar esses potenciais efeitos colaterais, os pesquisadores recorreram a um tipo de polímeros carregados positivamente chamados poli (beta amino ésteres) hiperramificados, que, ao contrário do PEI, são biodegradáveis.

As partículas que a equipe criou consistem em esferas, com aproximadamente 150 nanômetros de diâmetro, com uma mistura emaranhada de polímero e moléculas de mRNA que codificam a luciferase, uma proteína bioluminescente. Os pesquisadores suspenderam essas partículas em gotículas e as entregaram aos ratos como uma névoa inalável, usando um nebulizador.

“A respiração é usada como uma via de entrega simples, mas eficaz, aos pulmões. Depois que as gotículas de aerossol são inaladas, as nanopartículas contidas em cada gotícula entram nas células e as instruem a produzir uma proteína específica a partir do mRNA”, diz Patel.

Os pesquisadores descobriram que 24 horas após os ratos inalarem o mRNA, as células pulmonares estavam produzindo a proteína bioluminescente. A quantidade de proteína caiu gradualmente ao longo do tempo à medida que o mRNA foi eliminado. Os pesquisadores conseguiram manter níveis estáveis ​​da proteína administrando aos ratos doses repetidas, o que pode ser necessário se for adaptado para tratar doenças pulmonares crônicas.

Ampla distribuição

Uma análise mais aprofundada dos pulmões revelou que o mRNA estava distribuído uniformemente pelos cinco lobos dos pulmões e era absorvido principalmente pelas células epiteliais pulmonares, que revestem as superfícies pulmonares. Essas células estão implicadas na fibrose cística, bem como em outras doenças pulmonares, como a síndrome do desconforto respiratório, que é causada por uma deficiência na proteína surfactante. Em seu novo laboratório no Imperial College London, Patel planeja investigar mais a fundo a terapêutica baseada em mRNA.

Neste estudo, os pesquisadores também demonstraram que as nanopartículas poderiam ser liofilizadas até formar um pó, sugerindo que pode ser possível administrá-las por meio de um inalador em vez de um nebulizador, o que poderia tornar o medicamento mais conveniente para os pacientes.

A TranslateBio, uma empresa que desenvolve terapêutica de mRNA, financiou parcialmente este estudo e também começou a testar uma forma inalável de mRNA num ensaio clínico de Fase 1/2 em pacientes com fibrose cística. Outras fontes de financiamento para este estudo incluem o Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas do Reino Unido e a bolsa de apoio (principal) do Instituto Koch do Instituto Nacional do Câncer.

Publicação: “Poliplexos de mRNA nanoformulados inalados para produção de proteínas no epitélio pulmonar” por Asha Kumari Patel, James C. Kaczmarek, Suman Bose, Kevin J. Kauffman, Faryal Mir, Michael W. Heartlein, Frank DeRosa, Robert Langer e Daniel G. Anderson , 4 de janeiro de 2019, Materiais avançados. doi:10.1002/adma.201805116