Ανάπτυξη mRNA Μορίων στη Θεραπευτική Προσέγγιση Μεταβολικών/ Μονογονιδιακών Νοσημάτων με την Αξιοποίηση της Τεχνολογίας των Πεπτιδίων Μεταγωγής

Το in vitro μεταγραφόμενο mRNA (IVT-mRNA) ομοιάζει με το ενδογενές mRNA και η επιτυχής ενδοκυττάρια μεταφορά του επιτρέπει την παροδική έκφραση της αντίστοιχης πρωτεΐνης, χωρίς παρέμβαση στο γονιδίωμα του ξενιστή.

Στο έργο αυτό, η ασφαλής ενδοκυτταρική μεταφορά των IVT-mRNAs πραγματοποιείται μέσω της τεχνολογίας πεπτιδίων μεταγωγής (PTDs/CPPs).

Η καινοτόμος πλατφόρμα μας, PTD-IVT-mRNA, εφαρμόστηκε με επιτυχία σε δύο μοντέλα ασθενειών: α) σε μια μιτοχονδριακή διαταραχή λόγω μεταλλάξεων στο γονίδιο SCO2, σε κύτταρα από ασθενή με ανεπάρκεια οξειδάσης του κυτοχρώματος c, και β) στη β-θαλασσαιμία, σε κύτταρα μυελού των οστών από ασθενείς.

Από τη μελέτη μας, προέκυψε αποτελεσματική ενδοκυττάρια  μεταγωγή  του  PTD-IVT-mRNA και υψηλή έκφραση της αντίστοιχης λειτουργικής πρωτεΐνης.

Συμπερασματικά, η προτεινόμενη καινοτόμος πλατφόρμα μας μπορεί να βρει εφαρμογή στα πλαίσια Θεραπείας Πρωτεϊνικής Αντικατάστασης, στην ανοσοκυτταροθεραπεία του καρκίνου καθώς και για την παραγωγή IVT-mRNA εμβολίων.

Ερευνητικά αποτελέσματα

• Στρατηγική και επιτυχής κλωνοποίηση των εκμαγείων (πλασμιδιακοί φορείς) για την in vitro μεταγραφή mRNA μορίων, για δύο διαφορετικά γονίδια ενδιαφέροντος: SCO2 και β-σφαιρίνης.
• In vitro μεταγραφή των mRNA μορίων και των δύο γονιδίων, με την προσθήκη κατάλληλων τροποποιήσεων, με σκοπό την αυξημένη σταθερότητα των παραγόμενων IVT-mRNAs.
• Για τo εκάστοτε IVT-mRNA (SCO2, β-σφαιρίνης) έγινε η επιτυχής συνένωση με επιλεγμένο Πεπτίδιο Μεταγωγής (PTD).
• Αξιολογήθηκε επιτυχώς η σταθερότητα των PTD-IVT-mRNAs, σε διάφορες «αντίξοες» συνθήκες για «γυμνό» IVT-mRNA.
• Διαπιστώθηκε ότι τα PTD-IVT-mRNAs δεν οδηγούν σε κυτταροτοξικότητα.
• Αξιολογήθηκε η επιτυχής ενδοκυτταρική μεταγωγή των PTD-IVT-mRNAs, τόσο σε RNA όσο και σε πρωτεϊνικό επίπεδο, μετέπειτα.
• Αξιολογήθηκε η λειτουργικότητα της ενδοκυτταρικά παραγόμενης πρωτεΐνης Sco2, έπειτα από την επώαση των κυττάρων με το PTD-IVT-mRNA σε πρωτογενείς ινοβλάστες, προερχόμενους από ασθενή με θανάσιμη βρεφική καρδιοεγκεφαλομυοπάθεια και ανεπάρκεια της οξειδάσης του κυτοχρώματος c, λόγω μεταλλάξεων στο γονίδιο SCO2

Παραδείγματα εφαρμογών

Θεραπεία καρκίνου

«Η τεχνολογία αυτή θα µπορούσε να εφαρµοστεί στα πλαίσια της θεραπευτικής προσέγγισης του καρκίνου
µέσω της CAR (Chimeric Antigen Receptor) ανοσοκυτταροθεραπείας – η οποία εµφανίζει µεγάλα ποσοστά επιτυχίας σε αιµατολογικούς καρκίνους τελικού σταδίου – και θα µπορούσε να συµβάλει στην πιο ενεργό συµµετοχή και της χώρας µας σε µια από τις τελευταίες σηµαντικές ανακαλύψεις στην αντιµετώπιση του καρκίνου.»

Μία από τις κύριες επιστημονικές ανακαλύψεις του παρόντος έργου είναι η στρατολόγηση της τεχνολογίας των πεπτιδίων μεταγωγής (PTD), μέσω μιας νέας μεθοδολογίας, για την ενδοκυττάρια μεταφορά των in vitro μεταγραφόμενων (IVT)-mRNAs και την επακόλουθη μετάφρασή τους στην αντίστοιχη επιθυμητή πρωτεΐνη.

Με την εμπειρία μας στην PTD τεχνολογία για την ασφαλή και αποτελεσματική μεταφορά του IVT-mRNA στα κύτταρα στόχους, θεωρούμε ότι είναι πολύ περισσότερο ασφαλής από τη διαμόλυνση με ιϊκούς φορείς (γονιδιακή θεραπεία), λόγω της πιθανής μεταλλαξιγένεσης και της εν δυνάμει ογκογένεσης που ελλοχεύουν.

Η πλατφόρμα PTD-IVT-mRNA αναπτύχθηκε με επιτυχία ως μια θεραπευτική προσέγγιση, η οποία επιτυγχάνει πολύ ικανοποιητικά ποσοστά διαμόλυνσης σε κυτταρικά μοντέλα μονογονιδιακών/μεταβολικών      νοσημάτων, ακόμη και τριπλασιασμό των επιπέδων μετάφρασης της επιθυμητής πρωτεΐνης, σε σύγκριση με τα κύτταρα ελέγχου. Εφαρμόστηκε επιτυχώς σε κύτταρα ασθενών με μιτοχονδριακή ασθένεια, αλλά και σε κύτταρα μυελού των οστών από β-θαλασσαιμικούς ασθενείς.

Παραγωγή Εμβολίων

H καινοτόμος πλατφόρμα που αναπτύχθηκε, PTD-IVT- mRNA, μπορεί να οδηγήσει και στην παρασκευή εμβολίων, με χαμηλό κόστος. Οι ανωτέρω λόγοι έχουν ωθήσει μια σειρά από βιοτεχνολογικές εταιρίες (π.χ. Moderna, CureVac) να «επενδύουν» στην IVT-mRNA τεχνολογία, όπως ήδη εφαρμόζεται για την παραγωγή του εμβολίου κατά του νέου κορωνοϊού SARS-CoV-2.

*Λευκοθέα Παπαδοπούλου, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Τμήμα Φαρμακευτικής  Α.Π.Θ. (Ε.Υ.)

* Aνδρούλλα Μηλιώτου, Διδάκτορας Α.Π.Θ. (Μέλος Ερευνητικής Ομάδας)

Αποτέλεσμα των ερευνητικών αυτών αποτελεσμάτων από τη διδακτορική διατριβή της κ. Μηλιώτου Ανδρούλλας, η οποία υποστηρίχθηκε δημόσια στις 18-12-2020 στο εργαστήριο Φαρμακολογίας του Τμήματος Φαρμακευτικής, ΑΠΘ.

Eδώ η επιστημονική δημοσίευση

Delivery platform PTD-IVT-mRNA – MTNA 2021 (1)

Δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον ΟΒΙ 
[Greek patent: ΔΕ1010063; με τίτλο: «Μέθοδος για την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας για την παραγωγή,   δυνάμενων  για  μεταφορά μέσω πεπτιδίου μεταγωγής (PTD), in vitro μεταγραφόμενων (IVT) mRNA θεραπευτικών»

International PCT/GR2020/000059, International publication number:  WO 2021/094792 A1 / 20.05.2021), entitled “Method for the development of a delivery platform to produce deliverable PTD-IVT-mRNA therapeutics”].

1stpage_ΔΕ 1010063 ΤΙΤΛΟΣ

Δημοσιεύσεις

Κεφάλαιο σε βιβλίο: Miliotou N. Androulla and Papadopoulou C. Lefkothea. In Vitro-Transcribed (IVT)-mRNA CAR Therapy Development. In: Swiech K., Malmegrim K., Picanço-Castro V. (eds) Chimeric Antigen Receptor T Cells. Methods in Molecular Biology, vol 2086. Humana, New York, NY, 2019, Nov. DOI: 10.1007/978-1-0716-0146-4_7.

Vizirianakis S. Ioannis, Miliotou N. Androulla, Mystridis A. George, Andriotis G. Eleftherios, Andreadis Ioannis, Papadopoulou C. Lefkothea, Fatouros G. Dimitrios. “Tackling pharmacological response heterogeneity by PBPK modeling to advance precision medicine productivity of nanotechnology and genomics therapeutics”. Expert Review of Precision Medicine and Drug Development, Volume 4, Issue 3, 2019, Apr. DOI: 10.1080/23808993.2019.1605828

Miliotou N. Androulla, Pappas S. Ioannis, Vizirianakis S. Ioannis and Papadopoulou C. Lefkothea. “IVT-mRNA conjugated to a protein transduction domain, as a novel gene delivery platform for protein replacement therapy”. Poster presentation at the 7th mRNA Health Conference, at Berlin, Germany, on November 11-12, 2019

Miliotou N. Androulla, Pappas S. Ioannis, Vizirianakis S. Ioannis and Papadopoulou C. Lefkothea. “A novel intracellular delivery technology for in vitro transcribed (IVT)- mRNAs”. Short Oral Presentation at the 70th Panhellenic Conference of the Hellenic Society for Biochemistry and Molecular Biology (HSBMB), at Athens, Greece, on November 28- December 1, 2019

Miliotou N. Androulla, Pappas S. Ioannis, Vizirianakis S. Ioannis and Papadopoulou C. Lefkothea. “Development of in vitro transcribed SCO2 mRNA as novel therapeutic approach in a mitochondrial disorder, due to SCO2 mutations”. Short Oral Presentation at the 69th Panhellenic Conference of the Hellenic Society for Biochemistry and Molecular Biology (HSBMB), at Larisa, Greece, on November 23-25, 2018