Algumas vacinas contra a COVID-19 utilizaram nanopartículas lipídicas (LNPs) de forma segura e eficaz para fornecer RNA mensageiro às células. Um novo estudo do MIT mostra que diferentes nanopartículas poderiam ser usadas para uma potencial terapia para a doença de Alzheimer (DA). Em testes em vários modelos de camundongos e com células humanas cultivadas, uma formulação de LNP recém-adaptada entregou efetivamente pequeno RNA interferente (siRNA) às células imunológicas da microglia do cérebro para suprimir a expressão de uma proteína ligada à inflamação excessiva na doença de Alzheimer.



Num estudo anterior, os investigadores demonstraram que o bloqueio das consequências da atividade da proteína PU.1 ajuda a reduzir a neuroinflamação e a patologia relacionadas com a doença de Alzheimer. Os novos resultados, publicados na revista Advanced Materials , conseguem uma redução na inflamação ao reprimir diretamente a expressão do gene Spi1 que codifica PU.1.

De forma mais geral, o novo estudo também demonstra uma nova forma de entregar RNA à microglia, que até agora tem sido difícil de atingir.

A coautora sênior do estudo, Li-Huei Tsai, professora de neurociência da Picower e diretora do Instituto Picower de Aprendizagem, Memória e Iniciativa do Envelhecimento do Cérebro, disse que levantou a hipótese de que os LNPs podem funcionar como uma forma de trazer o siRNA para a microglia porque as células, que limpam resíduos no cérebro, têm uma forte tendência para absorver moléculas lipídicas.

Ela discutiu isso com Robert Langer, professor do Instituto David Koch, amplamente conhecido por seu trabalho seminal sobre distribuição de medicamentos com nanopartículas; eles decidiram testar a ideia de reduzir a expressão de PU.1 com um siRNA entregue por LNP.

“Ainda me lembro do dia em que pedi para me encontrar com Bob para discutir a ideia de testar LNPs como uma carga útil para atingir a microglia inflamatória”, disse Tsai, membro do corpo docente do Departamento de Ciências do Cérebro e Cognitivas. “Estou muito grato à Fundação JPB, que apoiou esta ideia sem qualquer evidência preliminar.”

O estudante de pós-graduação do Langer Lab, Jason Andresen, e o ex-pós-doutorado do Tsai Lab, William Ralvenius, lideraram o trabalho e são os co-autores principais do estudo. Owen Fenton, ex-pós-doutorado do Langer Lab e agora professor assistente na Escola de Farmácia Eshelman da Universidade da Carolina do Norte, é coautor correspondente junto com Tsai e Langer. Langer é professor de Engenharia Química, Engenharia Biológica e do Instituto Koch de Pesquisa Integrativa do Câncer.

Aperfeiçoando uma partícula

A maneira mais simples de testar se o siRNA poderia suprimir terapeuticamente a expressão de PU.1 teria sido usar um dispositivo de entrega já disponível, mas uma das primeiras descobertas do estudo é que nenhum dos oito reagentes comercialmente disponíveis poderia transfectar culturas cultivadas com segurança e eficácia. células humanas semelhantes à microglia em laboratório.

Em vez disso, a equipe teve que otimizar um LNP para realizar o trabalho. Os LNPs têm quatro componentes principais e, alterando as estruturas de dois deles e variando a proporção de lipídios em relação ao RNA, os pesquisadores conseguiram criar sete formulações para testar. É importante ressaltar que seus testes incluíram testar suas formulações em microglia cultivada que eles haviam induzido a um estado inflamatório. Afinal, esse estado é aquele em que o tratamento proposto é necessário.

Entre os sete candidatos, um da equipe denominado “MG-LNP” se destacou pela eficiência de entrega e segurança especialmente alta de uma carga de RNA de teste.

O que funciona num prato por vezes não funciona num organismo vivo, por isso a equipa testou em seguida a eficácia e segurança das suas formulações de LNP em ratos. Testando dois métodos diferentes de injeção, no corpo ou no líquido cefalorraquidiano (LCR), eles descobriram que a injeção no LCR garantiu uma eficácia muito maior no direcionamento da microglia sem afetar as células de outros órgãos.

Entre as sete formulações, o MG-LNP provou novamente ser o mais eficaz na transfecção da microglia. Langer disse acreditar que algum dia isso poderá abrir novas maneiras de tratar certas doenças cerebrais com nanopartículas.

Uma terapia direcionada

Assim que souberam que o MG-LNP poderia fornecer uma carga de teste à microglia tanto em culturas de células humanas quanto em camundongos, os cientistas testaram se usá-lo para fornecer um siRNA supressor de PU.1 poderia reduzir a inflamação na microglia. Nas culturas celulares, uma dose relativamente baixa alcançou uma redução de 42% na expressão de PU.1 (o que é bom porque a micróglia precisa de pelo menos algum PU.1 para viver).

Na verdade, a transfecção MG-LNP não causou nenhum dano às células. Também reduziu significativamente a transcrição dos genes que aumentam a expressão de PU.1 na microglia, indicando que pode reduzir múltiplos marcadores inflamatórios.

Em todas essas medidas e outras, o MG-LNP superou um reagente comercialmente disponível chamado RNAiMAX que os cientistas testaram em paralelo.

“Essas descobertas apoiam o uso da entrega de siRNA anti-PU.1 mediada por MG-LNP como uma terapia potencial para doenças neuroinflamatórias”, escreveram os pesquisadores.

O conjunto final de testes avaliou o desempenho do MG-LNP, entregando o siRNA em dois modelos de inflamação no cérebro em camundongos. Num deles, os ratos foram expostos ao LPS, uma molécula que simula a infecção e estimula uma resposta à inflamação sistémica. No outro modelo, os ratos apresentam neurodegeneração e inflamação graves quando uma enzima chamada CDK5 torna-se hiperativada por uma proteína chamada p25.

Em ambos os modelos, a injeção de MG-LNPs contendo o siRNA anti-PU.1 reduziu a expressão de PU.1 e marcadores inflamatórios, assim como em células humanas cultivadas.

“A entrega de siRNA anti-PU.1 pelo MG-LNP pode potencialmente ser usada como uma terapia anti-inflamatória em camundongos com inflamação sistêmica e no modelo de camundongo CK-p25 de neuroinflamação semelhante à DA”, concluíram os cientistas, chamando os resultados de "prova de princípio." Mais testes serão necessários antes que a ideia possa ser testada em pacientes humanos.

Mais informações: William T. Ralvenius et al, Entrega mediada por nanopartículas de siRNA anti-PU.1 via administração intracisternal localizada reduz a neuroinflamação, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202309225
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts