Dans une récente revue publiée dans Médecine naturelleles chercheurs ont présenté les défis liés à la traduction clinique de la technologie de l’acide ribonucléique messager (ARNm), les innovations récentes et les orientations futures pour améliorer l’efficacité clinique de la nanomédecine de l’ARNm.
L’efficacité thérapeutique des vaccins Pfizer-BioNTech et Moderna à ARNm contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) modifiés par nucléoside a encouragé le développement de la nanomédecine à ARNm pour élargir le paysage thérapeutique de plusieurs maladies telles que le COVID-19 et les cancers. Les progrès scientifiques dans la conception et la livraison de l’ARNm ont largement relevé les défis liés à l’utilisation de l’ARNm en milieu clinique.
Sommaire
À propos de l’examen
Dans la présente revue, les chercheurs ont présenté les principales avancées de la nanomédecine de l’ARNm et les défis connexes qui doivent être relevés pour libérer le véritable potentiel thérapeutique de la technologie de l’ARNm.
Avancées clés dans la technologie de l’ARNm
L’ARN messager transfère l’information génétique de l’acide désoxyribonucléique (ADN) aux ribosomes, où l’information est ensuite traduite en protéines. La délivrance d’ARNm exprimant des antigènes de cancers ou de maladies infectieuses, des composants d’édition de gènes ou des protéines thérapeutiques associées à des maladies permet d’obtenir des applications cliniques telles que les vaccins, l’édition de gènes et la thérapie protéique. L’ARNm a été découvert pour la première fois en 1961 et délivré in vivo par des particules polymériques en 1976 ; après deux ans, la livraison d’ARNm à des souris et à des cellules humaines par des liposomes a été réalisée.
En 1995, un vaccin à base d’ARNm contre le cancer a été évalué pour la première fois chez la souris. Au bout de dix ans, des études ont rapporté que les modifications des nucléosides diminuent la signalisation du récepteur de type péage (TLR) en réponse à l’activité de l’ARNm. Entre 2008 et 2012, des études ont rapporté que des modifications des nucléosides pourraient inhiber l’activation de la 2′-5′-oligoadénylate synthétase et de la protéine kinase R38 (PKR38), empêcher le clivage induit par la ribonucléase (RNase) L51 et améliorer la stabilité et la traduction de l’ARNm.
En 2017, des essais cliniques de vaccins anticancéreux à base d’ARNm ont été menés. Trois ans plus tard, les vaccins contre le coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) BNT162b2 et l’ARNm-1273 du syndrome respiratoire aigu sévère ont été approuvés pour une utilisation d’urgence par le gouvernement américain (États-Unis). En 2021, des études ont rapporté que les nanoparticules lipidiques (LNP) pourraient être utilisées comme adjuvants dans les vaccins à ARNm contre le SRAS-CoV-2.
Défis pour la traduction clinique de la technologie de l’ARNm
Les principaux obstacles à la traduction clinique de l’ARNm sont la stabilité, l’efficacité de la traduction et le potentiel immunostimulant de l’ARNm exogène. Les méthodes de synthèse d’ARNm actuelles ne parviennent pas à éliminer les impuretés telles que l’ARN double brin et les fragments d’ARN, qui réduisent l’efficacité thérapeutique et provoquent des réponses biologiques indésirables en utilisation clinique. En outre, l’ARNm est un grand polynucléotide monocaténaire chargé négativement qui est difficile à traverser les membranes cellulaires chargées négativement.
Après administration locale ou systémique, les ARNm sont confrontés à des défis tels que la dégradation rapide par les nucléases, l’élimination de la phagocytose des macrophages et la clairance de la filtration rénale. La plupart des ARNm internalisés sont piégés dans les endosomes et peuvent être détectés par des capteurs d’ARN endosomal (TLR3, TLR7 et TLR8) et des capteurs d’ARN cytosolique (tels que le gène I inductible par l’acide rétinoïque (RIG-I) et la protéine 5 associée à la différenciation du mélanome (MDA5). ) qui réduisent la traduction et la stabilité de l’ARNm L’efficacité de la liaison et de la traduction de l’ARNm cytosolique peut être améliorée à l’aide d’une conception optimisée du capuchon 5 ‘.
En outre, l’optimisation de la région non traduite (UTR), une plate-forme de calcul et l’utilisation de la queue poly (A) de 100 à 150 nucléotides de long peuvent améliorer la traduction et la stabilité de l’ARNm. L’identification de nouvelles séquences UTR par apprentissage en profondeur ou par criblage à haut débit peut améliorer l’expression de l’ARNm, et des combinaisons rationnelles 5 ‘et 3’ peuvent maximiser l’efficacité de la traduction de l’ARNm. La modification nucléosidique, la purification de l’ARNm, la modification chimio-enzymatique et la conception de la coiffe 5 ‘peuvent moduler l’immunostimulation par les ARNm IVT.
Conception de thérapies par ARNm et innovations associées
L’acide ribonucléique messager thérapeutique est généralement synthétisé in vitro en utilisant l’ADN linéaire comme matrice et l’enzyme ARN polymérase et ensuite purifié. La molécule d’ARNm se compose d’un 5 ‘UTR, d’un cadre de lecture ouvert (ORF) codant pour une protéine, d’une coiffe 5′, d’une queue poly (A) et d’un 3’ UTR. Les séquences UTR de la β-globine humaine sont utilisées pour synthétiser l’ARNm.
L’utilisation de nucléosides modifiés, tels que la pseudouridine (ψ), la 5-méthylcytidine, la N6-méthyladénosine, la 5-méthyluridine et la 2-thiouridine, peut réduire la production de cytokines en empêchant la reconnaissance par les TLR et en diminuant l’activité de la PKR38 et de la 2′-5′-oligoadénylate synthétase. Le remplacement des nucléosides partiels par la 2-thiouridine et la 5-méthylcytidine réduit l’activation de RIG-1. L’ARNm est exprimé dans des cellules cibles pour la traduction clinique et purifié par chromatographie liquide à haute performance pour éliminer les contaminants d’ARN double brin et augmenter l’expression des protéines dans les cellules sans immunostimulation.
Actuellement, les ARNm sont fabriqués avec une structure cap-1 par co-coiffage transcriptionnel, avec une efficacité de traduction satisfaisante. Les véhicules pour la délivrance d’ARNm protègent les ARNm de la dégradation, traversent diverses barrières biologiques et délivrent efficacement des ARNm dans le cytoplasme pour l’expression des protéines. Les véhicules actuellement utilisés comprennent les LNP, les nanoparticules hybrides lipides-polymères et les nanoparticules polymères.
Les innovations récentes dans la livraison d’ARNm comprennent la plate-forme de particules pseudo-virus (VLP) de polyéthylène glycol 10 (PEG10) de type rétrovirus et une plate-forme de véhicule protéo-lipidique fusogenix. Les innovations en matière d’ingénierie de l’ARNm comprennent l’ARN circulaire et l’ARN auto-amplifié. L’auto-circularisation de l’ARN améliore la stabilité de l’ARNm et assure une traduction protéique à long terme. La plate-forme PEG10-VLP (particule de type virus) comprend la protéine PEG10 pour l’encapsidation de l’ARNm et la syncytine fusogène A (SYNA) pour le ciblage cellulaire pour la délivrance directe d’ARNm intracytoplasmique.
Dans l’ensemble, les résultats de l’examen ont mis en évidence l’énorme potentiel de la technologie de l’ARNm dans le domaine de la nanomédecine. Encouragés par le succès des vaccins à ARNm COVID-19, on s’attend à ce que davantage de thérapies à base d’ARNm soient utilisées en clinique. Cependant, des recherches supplémentaires devraient être menées pour améliorer la compréhension des voies biologiques affectant la livraison et la traduction de l’ARNm. in vivoen tenant compte de l’immunostimulation et de la toxicité potentielle des agents à base d’ARNm.
