Dans un article récent publié dans Biotechnologie naturelleles chercheurs ont passé en revue les avancées technologiques qui débloqueront la promesse de thérapies à base d’acide ribonucléique messager (ARNm) biologiquement ciblées au-delà des vaccins.
Sommaire
Arrière plan
La première partie de l’examen s’est concentrée sur la conception et la purification des cargaisons d’ARNm, y compris de nouvelles formes, telles que les ARNm circulaires (circRNA) et auto-amplifiés (sARNa). La deuxième partie a discuté des systèmes d’emballage d’ARNm améliorés, y compris les nanoparticules lipidiques ionisables (LNP), pour améliorer la livraison de la cargaison.
Dans la troisième partie, les chercheurs ont examiné l’ingénierie des systèmes d’emballage qui faciliteront le ciblage des ARNm thérapeutiques vers des tissus spécifiques. Les quatrième et cinquième parties ont discuté des stratégies permettant le traitement des maladies chroniques via des thérapies à base d’ARNm et un résumé des tendances cliniques actuelles en matière de thérapie à base d’ARNm. Enfin, les chercheurs ont souligné la portée des nouvelles thérapies par ARNm à court et à long terme.
Arrière plan
Le succès sans précédent des vaccins contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) basés sur la plateforme technologique d’ARNm a renouvelé l’intérêt pour ce domaine thérapeutique. Cependant, plusieurs défis empêchent encore d’établir la technologie de l’ARNm en tant que modalité thérapeutique générale avec une large applicabilité contre diverses conditions cliniques.
Progrès dans le domaine de l’expression des protéines, des systèmes d’emballage, du ciblage tissulaire et du dosage chronique
L’immunisation nécessite des niveaux d’expression de protéines minimaux, tandis que les thérapies à base d’ARNm nécessitent un niveau de protéines 1 000 fois plus élevé pour atteindre un seuil thérapeutique. L’administration efficace aux organes solides reste un défi. Même la biodisponibilité tissulaire, la demi-vie circulatoire et l’efficacité du support à base de LNP pourraient limiter le débit lorsqu’il est administré au tissu cible. Même avec des modifications chimiques optimisées de l’ARNm et des LNP avancés, le dosage chronique active finalement l’immunité innée, atténuant parallèlement l’expression des protéines thérapeutiques.
Un ARNm individuel a une coiffe, des régions non traduites (UTR) en 5 ‘et 3’, un cadre de lecture ouvert (ORF) et une queue polyadénylée (poly (A)). Il y a eu des progrès dans la conception de chacun de ces composants. Les plus notables d’entre eux sont:
i) des analogues de coiffe 5′ améliorés qui améliorent la capacité de traduction, mais plus important encore, l’efficacité de coiffage de 70 % à 95 %.
ii) l’optimisation de la longueur de la queue poly(A) s’est avérée critique pour équilibrer la capacité de synthèse d’une cargaison d’ARNm.
iii) L’optimisation de la séquence UTR pourrait améliorer de quelques fois l’expression protéique d’une cargaison d’ARNm, permettant sa personnalisation en fonction de la zone biologique ciblée et du microenvironnement provoqué par la maladie.
iv) Des études ont documenté plus de 130 modifications chimiques naturelles de l’ARNm jusqu’à présent. Les nucléosides chimiquement modifiés, en particulier les fragments d’uridine, tels que la méthylpseudouridine, peuvent réduire jusqu’à 100 fois la reconnaissance par les récepteurs de type péage de l’immunité innée, ce qui, à son tour, augmente considérablement l’expression des protéines après in vivo transfection de cargaisons d’ARNm. À l’avenir, des ARNm thérapeutiques cliniquement efficaces et non modifiés pourraient devenir disponibles qui se dissimuleront au système immunitaire et auront une efficacité de traduction améliorée in vivosimilaire aux vaccins à ARNm modifiés chimiquement.
De même, les saRNAs pourraient s’avérer favorables aux thérapies de remplacement enzymatique. Ils nécessitent environ 10 fois moins d’ARN pour une ampleur similaire d’expression de protéines par rapport à l’ARNm modifié linéairement et sont sous in vivo test, un processus évolutif pour la production de vaccins. Une autre alternative à l’ARNm linéaire est l’ARNcirc, dont il a été démontré qu’il prolonge la durée de vie de l’ARNm de deux fois in vitro. Le circRNA évite le besoin d’un coiffage coûteux en 5 ‘, d’une queue poly (A) fastidieuse en 3 ‘ et augmente le rendement total en protéines sans augmenter les niveaux d’expression des protéines par rapport à l’ARNm modifié linéairement.
Surmonter les défis concernant l’amplitude de l’expression des protéines, parallèlement aux optimisations structurelles de l’ARNm, pourrait atténuer la nécessité d’un dosage répété, une exigence principale entravant le traitement des maladies chroniques à l’aide de thérapies à base d’ARNm. Le traitement conventionnel implique l’injection systémique de protéines de coagulation recombinantes (facteur VIII/IX) trois à sept fois par semaine en raison de leur demi-vie relativement courte d’environ 12 heures. Au contraire, des études précliniques chez la souris ont montré qu’une seule injection systémique hebdomadaire de 0,2 à 0,5 mg kg−1 d’ARNm à modification linéaire pourraient traiter l’hémophilie A et B tout en maintenant les niveaux de protéines au-dessus d’un seuil cliniquement pertinent.
Il existe quatre types de systèmes d’emballage d’ARNm – l’emballage biomimétique, à base de lipides et de cellules et l’emballage à base de vésicules extracellulaires. Les LNP ont été signalés pour la première fois il y a six décennies et ont depuis connu plusieurs avancées, conduisant à leur première utilisation clinique en tant que véhicule de livraison de petits ARN interférents (ARNsi). Les trois autres systèmes de conditionnement sont encore au stade de l’évaluation préclinique.
Les lipides cationiques induisent une cytotoxicité et présentent de faibles efficacités de transfection en raison de la clairance splénique et hépatique rapide. Au contraire, les lipides cationiques ionisables sont neutres, ce qui les soustrait à la reconnaissance cellulaire ou moléculaire. Ainsi, suite à l’absorption cellulaire, ils fusionnent avec les endosomes, libérant la cargaison d’ARNm dans le cytoplasme cellulaire pour la traduction. Les LNP composés de MC3, qui ont reçu pour la première fois l’approbation réglementaire en 2018, montrent une dose efficace médiane (ED50) ~ 20 fois inférieure dans les modèles animaux et sont également actuellement utilisés dans les vaccins à ARNm COVID-19.
La portée de la thérapeutique de l’ARNm
Par rapport aux vaccins à ARNm qui ont terminé avec succès les essais cliniques de phase III, la plupart des thérapies à ARNm en sont aux premiers essais cliniques de phase I, axés principalement sur la sécurité. La thérapeutique de l’ARNm pourrait délivrer n’importe quelle protéine localement ou systémiquement, y compris la membrane enzymatique, sécrétée, mitochondriale, les protéines intracellulaires, les récepteurs et les protéines d’édition de gènes. Cependant, seules deux études cliniques ont produit des résultats encourageants quant à leur efficacité et leur innocuité.
Les protéines sécrétées offrent des effets de « plus proche voisin » au-delà des quelques cellules transfectées. Semblables au facteur de croissance endothélial vasculaire paracrine (VEGF), ils pourraient avoir des applications cliniques via une administration spécifique aux tissus. Des études récentes sur le VEGF, avec in vivo systèmes d’administration, étendent le rôle potentiel des agents thérapeutiques à base d’ARNm dans la cicatrisation des plaies, la physiologie vasculaire périphérique et la réparation osseuse.
conclusion
L’avenir des médicaments à base d’ARNm pourrait dépendre de l’évolution rapide de la cargaison d’ARNm, des transporteurs intracellulaires et des in vivo systèmes de livraison associés à des connaissances biologiques et cliniques approfondies. Néanmoins, la polyvalence de l’ARNm pourrait déclencher des opportunités thérapeutiques, et ses autres applications innovantes sont donc attendues dans un avenir proche. Par exemple, des travaux de recherche récents ont montré l’utilité de la technologie de l’ARNm pour in vivo l’expression d’anticorps intracellulaires pour le traitement de l’insuffisance cardiaque et comme in vitro outil de modélisation de la maladie.
