COVID: Η πρόσφατη απονομή του βραβείου Νόμπελ φυσιολογίας ή ιατρικής 2023 στους Katalin Karikó και Drew Weissman υπογραμμίζει την αυξανόμενη σημασία της τεχνολογίας RNA στον ιατρικό κόσμο, με πολλές πιθανές εφαρμογές πέραν των εμβολίων COVID. Όμως, μέχρι τώρα, ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια στην ευρύτερη διάθεση αυτής της τεχνολογίας σε παγκόσμιο επίπεδο και στη μετάφραση της έρευνας σε κλινική χρήση, ήταν η ανάγκη για ιδιόκτητα προϊόντα, συχνά με άδεια από φαρμακευτικές εταιρείες. Η λεπτομερής μεθοδολογία για την παράδοση εμβολίων RNA σε κύτταρα δεν ήταν επίσης εύκολα διαθέσιμη στην ερευνητική κοινότητα. Για τους λόγους αυτούς δημοσιεύσαμε ένα πρωτόκολλο που περιγράφει λεπτομερώς τον τρόπο παρασκευής και συσκευασίας του RNA με εμπορικά διαθέσιμα αντιδραστήρια.
Πώς λειτουργούν οι θεραπείες RNA
Το RNA σημαίνει ριβονουκλεϊκό οξύ. Είναι ένας τύπος γενετικού υλικού, ο οποίος μπορεί να λειτουργήσει ως αγγελιοφόρος (mRNA), ο οποίος μεταφράζει τις πληροφορίες που βρίσκονται στο DNA σε συγκεκριμένες πρωτεΐνες. Η ιδέα πίσω από τις θεραπείες RNA είναι κομψή και απλή, στη θεωρία. Υπάρχουν δύο διακριτά συστατικά: το ωφέλιμο φορτίο RNA και το λιπαρό περίβλημα, που αποτελείται από λιπιδικά νανοσωματίδια, το οποίο μεταφέρει με ασφάλεια το ωφέλιμο φορτίο στα κύτταρα. Μόλις βρεθεί μέσα σε ένα κύτταρο, το λιπιδικό περίβλημα απελευθερώνει το RNA, επιτρέποντάς του να λειτουργήσει ως αγγελιοφόρος που θα διαβαστεί και θα μεταφραστεί για να δημιουργήσει συγκεκριμένες θεραπευτικές πρωτεΐνες. Στα εμβόλια COVID, η κατασκευασμένη πρωτεΐνη αντικατοπτρίζει την πρωτεΐνη spike του ιού SARS-CoV-2, εκπαιδεύοντας το ανοσοποιητικό μας σύστημα να την αναγνωρίζει και να τη θυμάται για μια ισχυρή μελλοντική ανοσολογική άμυνα. Είναι δύσκολο να το πιστέψει κανείς τώρα, αλλά ακόμη και στις αρχές της δεκαετίας του 2000 οι θεραπείες με RNA θεωρούνταν ευρέως όνειρο απατηλό. Υπήρχαν αρκετά εμπόδια που, μέχρι σχετικά πρόσφατα, θεωρούνταν ανυπέρβλητα. Η ανακάλυψη των Karikó και Weissman έφερε επανάσταση στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα ανιχνεύουν και αντιδρούν στις διάφορες δομές RNA. Η ανακάλυψή τους επέτρεψε τη σύνθεση θεραπευτικών RNAs έτσι ώστε να αποφεύγεται η καταστροφή τους από τον οργανισμό πριν το RNA προλάβει να επιτελέσει το έργο του. Η θεμελιώδης εργασία τους δημοσιεύθηκε το 2005 – 15 χρόνια πριν από την πανδημία COVID.
Παράδοση του μηνύματος
Κατά τη διάρκεια αυτού του χρονικού διαστήματος, αναπτύχθηκε επίσης ένα βιώσιμο σύστημα παράδοσης. Το RNA είναι ένα αρνητικά φορτισμένο ασταθές μόριο και δεν μπορεί να διατηρήσει τη δομή του στο σώμα χωρίς κάποιο είδος προστατευτικού περιβλήματος. Μόλις στη δεκαετία του 2010 αναπτύχθηκαν τα λιπιδικά νανοσωματίδια και αναγνωρίστηκαν ως ένας πιθανός μηχανισμός μεταφοράς. Δύο κρίσιμες εξελίξεις είναι απαραίτητες. Πρώτον, τα λιπιδικά νανοσωματίδια είναι ιονισμένα. Αυτό επιτρέπει την ενθυλάκωση του αρνητικά φορτισμένου RNA με ένα θετικά φορτισμένο περίβλημα. Στη συνέχεια, πριν από την έγχυση στο σώμα, αυτό το σύνολο μετατρέπεται σε ουδέτερο pH, μειώνοντας την πιθανή τοξικότητα στο σώμα. Δεύτερον, αναπτύχθηκε μια μέθοδος για την επίτευξη συνέπειας στο μέγεθος των σωματιδίων των λιπιδικών νανοσωματιδίων. Η συνοχή του μεγέθους έχει σημασία επειδή ενισχύει την πρόσληψη του εμβολίου από τα κύτταρα του σώματος.
Χρόνος στο προσκήνιο Μέχρι να φτάσει η πανδημία COVID, είχαν προκύψει τα βασικά συστατικά για την παρασκευή ενός βιώσιμου εμβολίου RNA. Τα εμβόλια RNA ήταν ιδιαίτερα ελκυστικά, καθώς μπορούν να συντεθούν γρήγορα στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας μόνο τον γενετικό κώδικα του ιού. Ως αποτέλεσμα, ο τομέας της έρευνας προχώρησε γρήγορα. Εκτός από τη φαρμακευτική ανάπτυξη, αρκετές ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο άρχισαν να εργάζονται πάνω στην τεχνολογία RNA, εφαρμόζοντάς την σε μια πληθώρα διαφορετικών ασθενειών, όπως ο καρκίνος, η γονιδιακή θεραπεία και τα εμβόλια για διάφορες μολυσματικές ασθένειες. Ωστόσο, οι περιορισμοί πνευματικής ιδιοκτησίας που περιβάλλουν το περίβλημα των λιπιδικών νανοσωματιδίων αύξησαν το κόστος παραγωγής και επηρέασαν τις επενδυτικές προοπτικές. Αυτό σήμαινε ότι ενώ η έρευνα και ο σχεδιασμός μπορούσαν να προχωρήσουν, η μεταφορά των ευρημάτων στην κλινική δεν ήταν δυνατή χωρίς την καταβολή των πριμοδοτήσεων για την αδειοδότηση ορισμένων αντιδραστηρίων. Το αποτέλεσμα ήταν τα εργαστήρια σε όλο τον κόσμο να αναπτύσσουν τις δικές τους τεχνικές από το μηδέν, οδηγώντας σε ένα εξαιρετικά αναποτελεσματικό σύστημα.
Ο εκδημοκρατισμός της τεχνολογίας RNA
Η έρευνά μας επιταχύνει τη διαδικασία ανάπτυξης μεθόδων παρέχοντας ένα εφαλτήριο από το οποίο μπορούν να ξεκινήσουν άλλοι. Πρόκειται για μια τυποποιημένη τεχνική που οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν ως βάση για τις θεραπείες RNA χωρίς την ανάγκη για ιδιόκτητα προϊόντα. Αυτό σημαίνει ότι περισσότεροι άνθρωποι σε όλο τον κόσμο θα είναι σε θέση να φέρουν την τεχνολογία RNA στην κλινική, διευρύνοντας το πεδίο εφαρμογής, τον αντίκτυπο και την ασφάλειά της. Οι τρέχουσες συνθέσεις λιπιδικών νανοσωματιδίων έχουν επίσης βελτιστοποιηθεί για μια γενικευμένη ανοσολογική άμυνα, αντί για συγκεκριμένες ανοσολογικές αποκρίσεις που στοχεύουν σε συγκεκριμένους ιστούς. Η ανεμπόδιστη έρευνα στον τομέα αυτό μπορεί να ξεκλειδώσει ευρήματα που επιτρέπουν τη στόχευση πολύ συγκεκριμένων οργάνων ή ακόμη και κυττάρων. Θα δώσει, επίσης, τη δυνατότητα σε περισσότερα πανεπιστήμια, ακόμη και σχολεία, να διδάξουν και να ερευνήσουν αυτή την τεχνολογία και να τη βελτιώσουν για εφαρμογές πέραν εκείνων που θα είναι εμπορικά κερδοφόρες. Έχουμε δει μόνο την κορυφή του παγόβουνου όσον αφορά τις θεραπευτικές δυνατότητες της τεχνολογίας RNA. Με τον εκδημοκρατισμό αυτής της τεχνολογίας, μπορούμε να εξερευνήσουμε και να αξιοποιήσουμε πληρέστερα τις μυριάδες πιθανές θεραπείες της. Το πρωτόκολλο αναπτύχθηκε σε συνεργασία με το ερευνητικό ινστιτούτο Te Kāuru-Ferrier στο Te Herenga Waka Victoria University of Wellington.