Pengeditan Gen Rusak untuk Memerangi Penyakit di Paru-paru

Nanopartikel baru dapat melakukan pengeditan gen rusak di paru-paru oleh faktor genetik. Langkah ini dapat mengobati penyakit paru jenis fibrosis kistik dan juga penyakit paru lainnya.

Insinyur di Massachusetts Institute of Technology (MIT) dan University of Massachusetts Medical School telah merancang jenis partikel nano baru yang dapat diberikan ke paru-paru, di mana ia dapat mengirimkan RNA pembawa pesan yang mengkodekan protein berguna.

Dengan menggunakan partikel pengiriman RNA ini, para peneliti berharap dapat mengembangkan pengobatan baru untuk fibrosis kistik (cystic fibrosis) dan juga penyakit paru-paru lainnya. Fibrosis kistik adalah kondisi genetik yang disebabkan oleh gen rusak yang mempengaruhi pergerakan garam dan air masuk dan keluar sel.

Jika terjadi infeksi berulang, maka dapat menyebabkan penumpukan lendir yang kental dan lengket di saluran dan saluran tubuh terutama paru-paru dan sistem pencernaan. Dalam keadaan normal, lendir berperan sebagai pelumas di dalam tubuh bersifat cair dan licin. Namun, pada penderita fibrosis kistik terdapat kelainan pada gen yang mengatur aliran cairan dan garam di dalam sel.

Untuk mengatasi permasalah itu Insinyur MIT dan University of Massachusetts Medical School telah mengembangkan nanopartikel yang dapat mengirimkan messenger RNA yang mengkodekan protein berguna ke paru-paru. Aplikasi ini berpotensi dalam mengobati fibrosis kistik dan penyakit paru-paru lainnya.

Dalam studi pada tikus, partikel memfasilitasi pengiriman komponen pengeditan gen pengkodean mRNA CRISPR/Cas9 yang efisien, membuka jalan bagi nanopartikel terapeutik yang mampu menggantikan gen penyebab penyakit. Para peneliti sedang mengerjakan aerosolisasi partikel nano untuk dihirup dan berencana untuk menguji partikel tersebut dalam model tikus fibrosis kistik dan penyakit paru-paru lainnya.

Para peneliti di kedua perguruan tinggi telah merancang jenis partikel nano baru yang dapat diberikan ke paru-paru, kemudian mengirimkan RNA pembawa pesan yang mengkodekan protein berguna. Dengan pengembangan lebih lanjut, partikel-partikel ini dapat menawarkan pengobatan yang dapat dihirup untuk fibrosis kistik dan penyakit paru-paru lainnya.

"Ini adalah demonstrasi pertama pengiriman RNA yang sangat efisien ke paru-paru pada tikus. Kami berharap dapat digunakan untuk mengobati atau memperbaiki berbagai penyakit genetik, termasuk fibrosis kistik," kata Daniel Anderson, profesor di Fakultas Teknik Kimia MIT dan anggota Institut Koch untuk Penelitian Kanker Integratif dan Institut Medis MIT Teknik dan Sains (IMES).

Dalam studi tikus, Anderson dan rekan-rekannya menggunakan partikel untuk mengirimkan mRNA yang mengkodekan mesin yang diperlukan untuk pengeditan gen CRISPR/Cas9. Itu bisa membuka pintu untuk merancang nanopartikel terapeutik yang dapat mengambil dan menggantikan gen penyebab penyakit.

Messenger RNA memiliki potensi besar sebagai terapi untuk mengobati berbagai penyakit yang disebabkan oleh gen yang rusak. Salah satu kendala penyebarannya sejauh ini adalah kesulitan dalam mengirimkannya ke bagian tubuh yang tepat, tanpa efek yang tidak tepat sasaran. Nanopartikel yang disuntikkan sering menumpuk di hati, sehingga beberapa uji klinis yang mengevaluasi pengobatan mRNA potensial untuk penyakit hati sekarang sedang dilakukan.

"Vaksin Covid-19 berbasis RNA, yang disuntikkan langsung ke jaringan otot, juga terbukti efektif. Dalam banyak kasus tersebut, mRNA dienkapsulasi dalam partikel nano lipid bola lemak yang melindungi mRNA agar tidak terurai sebelum waktunya dan membantunya memasuki sel target," papar Anderson.

Beberapa tahun yang lalu, Anderson mulai merancang partikel yang lebih mampu mentransfeksi sel epitel yang membentuk sebagian besar lapisan paru-paru. Pada 2019, labnya menciptakan nanopartikel yang dapat mengirimkan mRNA yang mengkodekan protein bioluminescent ke sel paru-paru.

Partikel-partikel itu terbuat dari polimer, bukan lipid, yang membuatnya lebih mudah di-aerosol untuk dihirup ke paru-paru. Namun, lebih banyak pekerjaan diperlukan pada partikel tersebut untuk meningkatkan potensinya dan memaksimalkan kegunaannya.

Dalam studi baru mereka, para peneliti mulai mengembangkan partikel nano lipid yang dapat menargetkan paru-paru. Partikel terdiri dari molekul yang mengandung dua bagian kelompok kepala bermuatan positif dan ekor lipid panjang.

Muatan positif dari kelompok kepala membantu partikel untuk berinteraksi dengan mRNA bermuatan negatif, dan juga membantu mRNA untuk melepaskan diri dari struktur seluler yang menelan partikel begitu mereka memasuki sel.

Struktur ekor lipid, sementara itu, membantu partikel melewati membran sel. Para peneliti menghasilkan 10 struktur kimia yang berbeda untuk ekor lipid, bersama dengan 72 kelompok kepala yang berbeda. Dengan menyaring kombinasi berbeda dari struktur ini pada tikus, para peneliti dapat mengidentifikasi yang paling mungkin mencapai paru-paru.

Lebih Efisien

Dalam tes lebih lanjut pada tikus, para peneliti menunjukkan bahwa mereka dapat menggunakan partikel untuk mengirimkan komponen pengkodean mRNA CRISPR/Cas9. Komponen dirancang untuk memotong sinyal berhenti yang secara genetik dikodekan ke dalam sel paru-paru hewan.

Saat sinyal berhenti itu dihilangkan, gen untuk protein fluoresen menyala. Mengukur sinyal fluoresen ini memungkinkan para peneliti untuk menentukan persentase sel yang berhasil mengekspresikan mRNA.

Para peneliti menemukan bahwa setelah satu dosis mRNA, sekitar 40 persen sel epitel paru-paru ditransfusikan. Dua dosis meningkatkan levelnya menjadi lebih dari 50 persen, dan tiga dosis hingga 60 persen. Sasaran paling penting untuk mengobati penyakit paru-paru adalah dua jenis sel epitel yang disebut sel klub dan sel bersilia, dan masing-masing ditransfusikan sekitar 15 persen.

"Ini berarti bahwa sel yang dapat kami edit benar-benar merupakan sel yang menarik untuk penyakit paru-paru," kata Li. "Lipid ini memungkinkan kami mengirimkan mRNA ke paru-paru jauh lebih efisien daripada sistem pengiriman lain yang telah dilaporkan sejauh ini," imbuh dia.

Partikel baru juga terurai dengan cepat, memungkinkannya dibersihkan dari paru-paru dalam beberapa hari dan mengurangi risiko peradangan. Partikel juga dapat dikirim beberapa kali ke pasien yang sama jika diperlukan dosis berulang. Hal ini memberi mereka keuntungan dibandingkan pendekatan lain untuk mengirimkan mRNA, yang menggunakan versi modifikasi dari adenovirus yang tidak berbahaya. Virus tersebut sangat efektif dalam memberikan RNA tetapi tidak dapat diberikan berulang kali karena mereka menginduksi respon imun pada inang.

"Pencapaian ini membuka jalan untuk aplikasi pengiriman gen terapeutik paru-paru yang menjanjikan untuk berbagai penyakit paru-paru," kata Direktur Laboratory of Precision NanoMedicine di Universitas Tel Aviv, Dan Peer, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

"Platform ini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan vaksin dan terapi konvensional, termasuk bebas sel, memungkinkan produksi cepat, dan memiliki keserbagunaan tinggi serta profil keamanan yang baik," imbuh dia.

Untuk menghantarkan partikel dalam penelitian ini, para peneliti menggunakan metode yang disebut instilasi intratrakeal, yang sering digunakan sebagai cara memodelkan penghantaran obat ke paru-paru. Mereka sekarang bekerja untuk membuat partikel nano mereka lebih stabil, sehingga dapat di-aerosol dan dihirup menggunakan nebulizer.

Para peneliti juga berencana untuk menguji partikel untuk mengirimkan mRNA yang dapat memperbaiki mutasi genetik yang ditemukan pada gen yang menyebabkan cystic fibrosis, pada model tikus penyakit tersebut. Mereka juga berharap dapat mengembangkan pengobatan untuk penyakit paru-paru lainnya, seperti fibrosis paru idiopatik, serta vaksin mRNA yang dapat diberikan langsung ke paru-paru. hay/I-1