Un article de perspective récemment publié dans la revue Nature examine le développement de médicaments discuté du développement de nanoparticules lipidiques (LNP) pour acide nucléique Livraison. Les auteurs Pieter Cullis, professeur de biochimie et de biologie moléculaire à l’Université de la Colombie-Britannique, et Philip Felgner, professeur de physiologie et de biophysique à l’Université de Californie à Irvine, sont co-inventeurs de la technologie des nanoparticules lipidiques et pionniers dans son utilisation en thérapie génique. et Livraison des vaccins.

Perspective : 60 ans de développement de nanoparticules lipidiques pour l'administration d'acide nucléique.  Source de l'image : Kateryna Kon / ShutterstockPerspective: Le développement de 60 ans de nanoparticules lipidiques pour l’administration d’acide nucléique. Source de l’image : Kateryna Kon / Shutterstock

Les premières études sur in vivo La délivrance de gènes a démontré que la délivrance fonctionnelle peut être obtenue en injectant des plasmides nus contenant des génomes viraux clonés dans des vecteurs d’expression eucaryotes. Cependant, l’utilité clinique des stratégies de délivrance de plasmides nus a été limitée en raison de préoccupations concernant l’intégration spontanée de l’ADN dans le génome humain et d’une transfection inefficace.

De plus, les vecteurs viraux destinés à la thérapie génique ont souvent été associés à des réponses immunitaires. La plupart des thérapies géniques actuellement en développement utilisent des systèmes de délivrance virale, par ex. B. Vecteurs de virus adéno-associés. Malgré des progrès significatifs, les préoccupations concernant la fabrication, la capacité génétique et l’immunogénicité entravent les progrès des vecteurs viraux.

Les auteurs pensent que les systèmes d’administration à base de lipides tels que les LNP pourraient devenir dominants en raison de leur meilleure tolérance, de leur sécurité, de leur capacité génétique et de leur facilité de conception et de fabrication. Ces systèmes ont évolué avec la recherche dans deux domaines liés : la découverte des propriétés de transfection des lipoplexes et l’émergence des LNP. Dans la présente étude, les auteurs ont examiné le développement de ces deux directions de recherche au cours des six dernières décennies.

Liposomes et lipoplexes

En 1964, on a découvert que la dispersion de l’ovolécithine dans des milieux aqueux créait des systèmes multilamellaires de bicouches lipidiques concentriques. Cela a conduit à des recherches intensives pour caractériser les propriétés biophysiques et fonctionnelles des lipides. Des efforts importants ont également été investis dans le développement de systèmes liposomaux contenant des cargaisons d’acide nucléique à délivrer dans les cellules.

En 1987, on a émis l’hypothèse que les liposomes chargés positivement pourraient améliorer l’efficacité d’encapsulation des polymères d’acides nucléiques chargés négativement dans les systèmes à base de lipides. Cependant, il n’existe pas de lipides chargés positivement qui forment des bicouches dans la nature, et leurs homologues synthétiques n’existaient pas non plus à l’époque.

S’appuyant sur la recherche sur les liposomes, plusieurs lipides cationiques ont été synthétisés, avec le chlorure de N-(1-(2,3-dioleyloxy)propyl)-N,N,N-triméthylammonium (DOTMA) comme composé principal. Des liposomes stables et chargés positivement sont formés en mélangeant et en sonication du DOTMA avec des concentrations équimolaires de lipides auxiliaires tels que la dioléoylphosphatidyléthanolamine ou la dioléoylphosphatidylcholine.

Les lipoplexes se forment lorsque des liposomes sont mélangés à de l’ADN plasmidique (ADNp). Les lipoplexes représentent une étape importante et un point de départ pour la génération de nanoparticules capables de transfection. En outre, ils peuvent transfecter efficacement l’ARN messager (ARNm) et l’ADNp dans des cellules en culture sans avoir besoin de groupes fonctionnels supplémentaires.

Systèmes de livraison LNP

Le développement de LNP contenant des régions polaires (composées de cargaisons d’acide nucléique) et un noyau hydrophobe (composé de lipides neutres ionisables) était basé sur la compréhension des systèmes liposomaux bicouches et sur l’expérience des formulations liposomales de médicaments anticancéreux. La recherche sur le polymorphisme et l’asymétrie des lipides a fourni des informations et des outils cruciaux pour le développement de systèmes de délivrance de LNP.

L’émergence de méthodes évolutives de formulation et de chargement de systèmes liposomaux et l’observation selon laquelle le revêtement en polyéthylène glycol (PEG) confère une longue demi-vie dans la circulation ont conduit à des efforts intensifs pour produire des formulations liposomales anticancéreuses à usage clinique. Dans les années 1990, les formulations à base de lipides de systèmes d’administration d’acide nucléique ont été décrites comme ayant les longues demi-vies en circulation nécessaires pour accéder aux sites de la maladie.

Des études sur les liposomes destinés à l’administration de médicaments ont montré que les liposomes sans ou avec une faible charge de surface pouvaient avoir de longues demi-vies. Par conséquent, des efforts ont été déployés pour développer des systèmes à base de lipides qui utilisent de petites quantités de lipides cationiques pour piéger les acides nucléiques ou pour développer de nouveaux protocoles de piégeage permettant un système de distribution neutre.

Le premier système de ce type a été signalé en 1999, dans lequel l’ADNp était encapsulé dans des particules lipidiques plasmidiques stabilisées (SPLP) à l’aide d’une méthode de dialyse au détergent. Des études ultérieures ont montré que les SPLP avaient une durée de vie en circulation significativement plus longue et une toxicité plus faible que les complexes. Cependant, le processus de dialyse avec détergent n’était pas évolutif. De plus, l’encapsulation d’oligonucléotides antisens dans des systèmes à base de lipides a été rapportée en 2001.

Ces particules lipidiques antisens stabilisées (SALP) présentaient de longues demi-vies et une toxicité inférieure à celle des complexes. De plus, une étude a montré qu’un petit ARN interférent (siRNA) conçu pour faire taire l’apolipoprotéine B peut être encapsulé dans des particules lipidiques d’acide nucléique stabilisées (SNALP), une version de SALP, avec des résultats prometteurs chez les primates et les souris non humains. Cependant, l’indice thérapeutique et l’efficacité étaient insuffisants pour une utilisation clinique.

En 2010, il a été annoncé que l’effet silencieux des formulations siRNA-LNP pourrait être augmenté. À cette époque, les SALP, SNALP et SPLP étaient décrits comme faisant partie des LNP. En 2013, des essais cliniques de phase 1 ont démontré que les LNP contenant du siARN et de l’ester méthylique de l’acide 4-(N,N-diméthylamino)butyrique (dilinoléyl) peuvent réguler rapidement et fortement à la baisse la transthyrétine en circulation.

Les études de phase 3 ont également montré d’excellents résultats dans le traitement de l’amylose induite par la transthyrétine. Au cours du développement, les ratios lipidiques dans les LNP ont changé et la meilleure composition des LNP est encore controversée. De plus, en 2012, il a été démontré que les LNP utilisés pour l’administration de siARN pouvaient être formulés pour encapsuler l’ARN auto-amplifié, suivi d’études en 2015 montrant que l’ARNm codant pour l’érythropoïétine pouvait être encapsulé dans des LNP, pour transfecter le foie.

Des travaux ultérieurs ont démontré que les systèmes LNP-ARNm peuvent transfecter différents tissus par différentes voies. En 2017, il a été démontré que l’ARNm du LNP, qui code pour une protéine virale, offre des niveaux élevés de protection contre le virus Zika. Cela a conduit à des efforts de collaboration pour développer un vaccin contre la grippe basé sur le système d’ARNm LNP. Cependant, en 2020, les efforts visant à développer un vaccin contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) ont été détournés, aboutissant au vaccin à ARNm Comirnaty.

Remarques finales

Le succès des systèmes LNP pour les vaccins et produits thérapeutiques à base d’acide nucléique ouvre la voie à une nouvelle ère de thérapies géniques. Ces systèmes offrent des avantages considérables par rapport aux systèmes d’administration viraux et autres en termes de capacité de chargement, d’évolutivité, de fabrication, de coût et de thérapie personnalisée. L’avenir des thérapies basées sur les LNP dépendra des progrès réalisés dans le développement de LNP sophistiquées à libération extrahépatique et des progrès de la biologie moléculaire qui permettront une manipulation précise de la cargaison délivrée.

À mesure que la technologie LNP continue de progresser, ces systèmes sont prometteurs pour des thérapies géniques de plus en plus sophistiquées qui permettent des options de traitement précises et efficaces.



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