Creating bottom-up RNA transfer vehicles from synthetic protein assemblies

Wissenschaftler haben eine neue Klasse von RNA-Transferfahrzeugen geschaffen, die als synthetische Transferfahrzeuge (STVs) bezeichnet werden und im Vergleich zu bestehenden Methoden wie Lipid-Nanopartikeln (LNP) und natürlichen Virusvektoren eine überlegene Effizienz bei der Lieferung von RNA-Ladung aufweisen. Der Durchbruch wurde durch die Integration von Protein-Design und Bottom-up-Assembly-Strategien durch künstliche Intelligenz erzielt, was zu einer neuartigen Plattform führte, die in der Lage ist, gezielte RNA-Lieferung über eine Reihe von Zelltypen und Organismen hinweg durchzuführen.

Die Forschung, die in Nature News veröffentlicht wurde, beschreibt die Entwicklung von STVs, die auf synthetischen Proteinbaugruppen basieren, die entwickelt wurden, um den RNA-Transport zu optimieren und gleichzeitig die strukturelle Stabilität und Biokompatibilität zu erhalten.

Durch die Nutzung von KI-basierten Protein-Design-Tools konnten Wissenschaftler synthetische Proteinbaugruppen mit maßgeschneiderten Geometrien und Funktionalitäten erzeugen. Dazu gehörten zyklische, dihedrale und plane Symmetrien, die alle bisher im Zusammenhang mit RNA-Liefersystemen unerforscht waren. Eine wichtige Innovation in der Forschung war die Entwicklung eines multidimensionalen Screening-Systems, das eine schnelle Auswertung von Hunderten von synthetischen Proteinkonfigurationen ermöglichte. Dieses System identifizierte STV-C8 als die effizienteste Variante für die RNA-Übertragung. STV-C8 ist aus einer planaren Symmetrie konstruiert und weist eine offene, komplexe Struktur auf, die das Laden und Freisetzen von RNA-Nutzlasten erleichtert.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Virusvektoren, die auf komplexen, multi-subunit capsids angewiesen sind, zeigt STV-C8 bemerkenswerte Einfachheit und Anpassungsfähigkeit. Sein Design ermöglicht eine einfache Modifikation durch die Einbeziehung von computergestalteten Peptidbindern, die eine präzise Ausrichtung auf bestimmte Zelltypen oder Gewebe ermöglichen. Um die Leistung von STV-C8 zu validieren, führten die Forscher umfangreiche In-vitro- und In-vivo-Experimente durch. Sie testeten die Fähigkeit des Fahrzeugs, eine Vielzahl von RNA-Ladungen, einschließlich Reporter-RNAs, Gen-Editoren, antivirale Mittel und Transkriptionsfaktoren, in verschiedene Zellmodelle aus mehreren Arten zu liefern.

Die Ergebnisse zeigten, dass STV-C8 sowohl natürliche virale Vektoren als auch LNP in Bezug auf die Effizienz und Spezifität der Abgabe übertraf. Darüber hinaus ergab eine detaillierte Bioverteilungsanalyse in einem Mausmodell, dass STV-C8 eine hohe Gewebepenetration und minimale Off-Target-Effekte aufwies, was sein Potenzial als sicheres und wirksames Abgabewerkzeug weiter untermauert. Eine der vielversprechendsten Anwendungen von STV-C8 entstand im Bereich der Gentherapie. Die Forscher zeigten seinen Nutzen bei der Bereitstellung von CRISPR, dem Cas9-Gen-Editing-System, in patientenbezogenen und Schweine-Skelettmuskelzellen, um Mutationen im Zusammenhang mit der Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) anzugreifen.

Insbesondere nutzten sie STV-C8 zur Entfernung von Dystrophin-Exon 51, einer häufigen Mutation, die mit der Krankheit in Verbindung steht. Dieses Experiment markierte einen bedeutenden Schritt in Richtung der Entwicklung personalisierter therapeutischer Interventionen für genetische Erkrankungen.

Mit der Entwicklung der Technologie verspricht sie, die Gentherapie und RNA-basierte Behandlungen zu revolutionieren, indem sie eine vielseitige, effiziente und sichere Alternative zu den derzeitigen Anwendungsformen bietet.