ASGCT 2022 揭開 mRNA 技術進展、用於 HIV 與罕病治療

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由於 COVID-19 疫苗的快速發展,RNA 療法目前正是藥物開發領域的焦點所在。過去數十年來,科學家持續致力提高 mRNA 和 siRNA 相關療法穩定性、持久性和運送效率。經過多年發展,與 RNA 療法相關的藥物將大有機會成為治療癌症、傳染病和罕見遺傳性疾病的一線生物製劑。

在 5 月中於華盛頓舉行的美國基因與細胞治療學會(American Society for Gene and Cell Therapy,ASGCT)第 25 屆年會上,來自生醫產業和學術界的研究人員分享了他們在開發針對不同病症的 RNA 藥物的經驗,以及如何提高藥物的療效、靶向性和專一性。

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以經過改良的脂質奈米顆粒將 mRNA 引導至目標細胞

來自賓夕法尼亞大學醫學院的 Hamideh Parhiz 博士談到改良脂質奈米顆粒(lipid nanoparticles,LNPs)以用作在體內傳遞 mRNA 藥物的課題。她提到 mRNA 作為藥物具有多重優勢,例如所需劑量低至微克級、可在細胞中快速表達、沒有與人體基因組整合的風險、能夠針對所有類型的蛋白質──包括分泌性蛋白(secreted proteins)、膜蛋白及細胞表面蛋白,以及能夠快速生產。莫德納(Moderna)於 COVID-19 疫情期間能以驚人的速度開發疫苗也是應用脂質納米顆粒和 mRNA 技術的成功案例,該公司在 SARS-CoV-2 病毒基因組序列公佈後 25 天就開始了臨床前試驗。可見只要具備這個產品管道,mRNA 就能成為治療傳染病藥物的理想選擇。

Parhiz 博士指出脂質納米顆粒(LNPs)可在細胞內高效傳遞,並保護 mRNA 不受核酸酶和胞內體影響而被降解,所以是用作包裹傳遞 mRNA 分子的最佳選擇。然而,大多數 LNPs 最終都會進入肝臟。為了克服這個問題,她的團隊進行了一連串關於 LNPs 的研究。根據體外和體內研究結果,用針對 PECAM-1(一種大量存在於內皮細胞上的蛋白質)的抗體來改良 LNPs,可以令製成品更有效地被傳遞至其他器官。在一個腦部炎症小鼠模型中,將 LNP 搭配一種針對血管細胞黏著分子(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1) 的抗體後,這個經過改良的 LNP(Anti-VCAM/LNP)可以有效穿過血腦屏障(blood-brain barrier)進入大腦,並通過經由 LNP 攜帶的 mRNA 藥物減少發炎。

Parhiz 博士又談到她最近關於將 LNP 應用於治療 HIV 的研究。研究人員將治療 HIV 的 mRNA 藥物封裝在與 CD4 抗體結合的 LNP 中,再輸送到 CD4+ T 的潛伏細胞庫以防止病情惡化。體外和體內資料均顯示這些經過改良的 LNP(mRNA-LNPs)能夠對 CD4+ 細胞(包括 T 細胞)實現特異性靶向,把 mRNA 傳遞到細胞中並發揮效用。

研究人員將治療 HIV 的 mRNA 藥物封裝在與 CD4 抗體結合的 LNP 中,再注入小鼠體內。(圖片來源:Molecular Therapy)

談到 T 細胞靶向的應用,Parhiz 博士提到 mRNA-LNPs 在體內 CAR-T 免疫療法(Chimeric antigen receptor T-cell therapy)中的應用。這種使用了T細胞靶向 LNP-mRNA 的新療法可用作替代活體外 CAR-T 療法(ex vivo CAR-T therapy),既具有成本效益,也特別對於T細胞數量較低的病人和癌症患者具有吸引力。一項在小鼠模型中治療心臟纖維化的概念驗證研究顯示,T 細胞靶向 LNP-mRNA 效果非常良好,而且耐受性好,沒有副作用。

應用於罕見疾病的 mRNA 療法

Lisa Rice 博士則談到莫德納為罕見疾病開發 mRNA 療法的各種策略。莫德納正在將其 mRNA 產品組合擴展到疫苗之外,開發癌症和罕見單基因疾病的治療方法。Rice 博士分享了莫德納專注於優化 mRNA 藥物開發的一些關鍵領域,如傳遞途徑、mRNA 的結構和化學、經改良的蛋白質表達以及與細胞類型和組織特異性相關的靶向元素。

Rice 博士介紹了開發針對苯丙酮尿症(phenylketonuria)的 mRNA 療法的概念驗證研究資料,苯丙酮尿症是一種罕見的遺傳性疾病,患者缺乏苯丙胺酸羥化酶(phenylalanine hydroxylase,PAH),無法代謝苯丙胺酸。苯丙胺酸若大量堆積在體內,在經人體代謝後產生許多苯丙胺酸相關的代謝產物,會造成病人的腦部傷害,甚至產生嚴重智力障礙。

莫德納的候選 mRNA 藥物可以通過 LNPs 把 PAH 帶到患者的肝臟,以恢復代謝途徑,減少苯丙胺酸的堆積。臨床前研究顯示,苯丙胺酸在 24 小時內有短暫的減少。莫德納通過多管齊下的策略,令受試者體內的苯丙胺酸濃度減少達 5 天,包括優化密碼子的 mRNA、改良 LNP 配方、修改 mRNA 的幾何形狀以增強酶-受質反應(enzyme-substrate reaction)、以及穩定蛋白質折疊等技術。

臨床前和非臨床研究資料都表明 mRNA 療法對於逆轉基因缺陷具有相當功效,但是現階仍然需要更多的臨床研究去處理給藥頻率、如何優化 mRNA 以應用於人體以及 LNPs 的免疫原性(Immunogenicity)等問題。

透過超聲波,將基因靜默調控分子傳送至大腦

來自喬治亞理工學院的 Costas D. Arvanitis 博士在會議中描述了以超聲波中介的基因傳遞(ultrasound-mediated gene delivery)治療腦腫瘤的新技術。當中使用的聚焦超音波(Focused Ultrasound,FUS)是一種非侵入性的且具針對性的物理方法,可以將 RNA 靶向傳遞至大腦中的固態腫瘤。結合 FUS 和載有 siRNA 的 LNPs 可以實現短暫和局部靶向,抑制致癌基因的表達。

Arvanitis 博士分享了他的團隊用陽離子 LNPs (cationic LNPs)在膠質瘤細胞系中傳遞 siRNA 的研究,初步數據顯示 RNA 療法在藥物吸收、細胞活性和治療功能方面表現良好。團隊亦以數學建模來研究 LNPs 的表面、電荷和尺寸,從而把傳遞效果最大化,建構 LNPs 的最佳設計策略。近期的數據驗證了團隊所用的數學模型,也證實透過微調藥物劑量和藥物控制遞送可以改善治療效果。團隊正計劃擴大研究規模,將之拓展至動物模型和臨床應用級別 LNPs 的生產。

會議中多位講者均表示 RNA 療法是一種可用於治療多種疾病的可行策略,初步資料顯示開發 mRNA 用於臨床的前景非常可觀。透過全面改良療法,包括 LNP 化學、mRNA 設計、蛋白質穩定性、給藥方案和細胞類型特異性等方面,RNA 已經走進未來藥物的領域之中。

作者:Sahana Shankar
編譯:Richard Chou
原文:https://www.geneonline.com/rna-therapeutics-beyond-vaccines/

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參考資料:

  1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35356682/ 
  2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1525001621003105 
  3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33931452/

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