Un cocktail di amminoacidi potenzia la somministrazione di LNP per le terapie a mRNA e CRISPR. / Amino Acid Cocktail Supercharges LNP Delivery for mRNA and CRISPR Therapies

 Un cocktail di amminoacidi potenzia la somministrazione di LNP per le terapie a mRNA e CRISPR. / Amino Acid Cocktail Supercharges LNP Delivery for mRNA and CRISPR Therapies

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Le nanoparticelle lipidiche (LNP) fungono da vettori per l'mRNA e per le molecole CRISPR in un'ampia gamma di applicazioni terapeutiche, dal cancro alle malattie infiammatorie e genetiche. Lo stesso sistema di rilascio utilizzato nei vaccini contro il COVID-19 viene ora adattato per altri bersagli più complessi, ma una sfida persiste: le LNP trasferiscono il loro carico nelle cellule molto più facilmente in laboratorio che nell'organismo. Cosa rende la somministrazione in vivo così difficile?

Un nuovo studio di Biohub potrebbe aver scoperto un modo sorprendentemente semplice per superare questo ostacolo. In un articolo pubblicato su Science Translational Medicine e intitolato " L'integrazione di aminoacidi migliora l'efficacia in vivo del rilascio di mRNA mediato da nanoparticelle lipidiche in modelli preclinici ", il gruppo riporta che la co-iniezione di tre aminoacidi comuni insieme alle LNP aumenta drasticamente sia il rilascio di mRNA che l'efficienza dell'editing genetico CRISPR.

"L'editing genetico e le terapie basate sull'mRNA avranno un ruolo sempre più importante nella medicina del futuro, ma richiedono che le nanoparticelle lipidiche (LNP) raggiungano e penetrino nelle cellule", ha dichiarato Shana O. Kelley, PhD, presidente della divisione di bioingegneria di Biohub e responsabile di Biohub Chicago, in un comunicato stampa. "Qualsiasi formulazione di LNP in fase di sviluppo oggi potrebbe potenzialmente trarre vantaggio dal nostro approccio."

Anziché riprogettare le nanoparticelle stesse – un obiettivo primario del settore – i ricercatori si sono chiesti: è possibile che l'ambiente metabolico del corpo renda le cellule meno ricettive alla fusione con le nanoparticelle lipidiche?

"Chiedendoci perché le nanoparticelle lipidiche si comportino in modo così diverso nell'ambiente fisiologico del corpo, abbiamo trovato una risposta sorprendentemente semplice che potrebbe rendere un'ampia gamma di terapie di editing genetico e dell'mRNA sostanzialmente più efficaci", ha affermato Daniel Zongjie Wang, PhD, a capo dello Spatiotemporal Omics Group di Biohub.

Il gruppo ha scoperto che le prestazioni delle LNP dipendono dal contesto metabolico delle cellule bersaglio. In terreni di coltura ricchi di nutrienti, le LNP entrano nelle cellule in modo efficiente, ma quando i ricercatori hanno utilizzato un mezzo simile al plasma, che riproduce le condizioni fisiologiche, l'assorbimento è diminuito drasticamente. "Utilizzando un sistema in vitro, abbiamo scoperto che le condizioni metaboliche fisiologiche simulate hanno portato alla down-regulation di alcuni programmi metabolici degli amminoacidi", hanno scritto gli autori. Analisi metaboliche e genetiche combinate hanno indicato la soppressione delle vie metaboliche degli amminoacidi in queste condizioni, suggerendo che l'ambiente metabolico più povero dell'organismo rende le cellule meno ricettive all'internalizzazione delle LNP.

"L'integrazione con una formulazione ottimizzata di metionina, arginina e serina (AAS) ha migliorato l'assorbimento di LNP e l'espressione del carico di mRNA veicolato nelle cellule epiteliali in vitro ", hanno scritto gli autori. La somministrazione congiunta dell'integratore di aminoacidi con le LNP ha prodotto un aumento da 5 a 20 volte dell'espressione di mRNA in diversi tipi cellulari e formulazioni lipidiche, sia in vitro che in vivo. L'effetto si è mantenuto per tutte le vie di somministrazione: intramuscolare, intratracheale ed endovenosa.

Studi meccanicistici suggeriscono che il cocktail di amminoacidi potenzia una via endocitica mediata da trasportatori e indipendente dalla clatrina, aumentando l'efficienza con cui le cellule internalizzano le nanoparticelle lipidiche.

I test in vivo hanno evidenziato quanto profondamente l'intervento metabolico abbia modificato le prestazioni delle LNP. In un modello murino di danno epatico indotto da paracetamolo, le LNP contenenti mRNA dell'ormone della crescita hanno prodotto un tasso di sopravvivenza del 33%. L'abbinamento della stessa formulazione con il cocktail di amminoacidi ha completamente cambiato l'esito: il 100% dei topi trattati è sopravvissuto, con livelli sierici notevolmente elevati della proteina terapeutica ed una riduzione dei marcatori di danno epatico.

Un esperimento di editing genetico mirato ai polmoni ha mostrato un simile incremento di efficienza. La somministrazione standard di componenti CRISPR-Cas9 tramite LNP ha prodotto un'efficienza di editing del 20-30%, tipicamente riportata per questo approccio. Con la miscela di amminoacidi, l'efficienza di editing è salita all'85-90% dopo una singola dose, avvicinandosi ai livelli necessari per malattie come la fibrosi cistica.

Come hanno osservato gli autori, i risultati evidenziano l'importanza dell'ambiente metabolico nel comportamento delle nanoparticelle lipidiche e suggeriscono che strategie di co-formulazione mirate potrebbero offrire un modo semplice per migliorare le terapie a base di mRNA in un'ampia gamma di malattie. "Il settore ha dedicato enormi sforzi all'ingegneria delle nanoparticelle", ha affermato Wang. "Abbiamo scoperto, tuttavia, che lo stato metabolico della cellula stessa è una parte altrettanto importante – e modificabile – dell'equazione".

ENGLISH

Lipid nanoparticles (LNPs) act as carriers for mRNA and CRISPR payloads across a wide range of therapeutic applications, from cancer to inflammatory and genetic diseases. The same delivery system used in COVID‑19 vaccines is now being adapted for other, more complex targets, but one challenge persists: LNPs transfer their cargo into cells far more readily in the lab than in the body. What makes in vivo delivery so much harder?

A new study from Biohub may have uncovered a surprisingly simple way around this barrier. From Science Translational Medicine, in a paper titled “Amino acid supplementation enhances in vivo efficacy of lipid nanoparticle‑mediated mRNA delivery in preclinical models,” the team reports that co‑injecting three common amino acids with LNPs dramatically boosts both mRNA delivery and CRISPR gene editing efficiency.

“Gene editing and mRNA‑based therapies will play increasing roles in the medicine of the future, but they require LNPs to reach and enter cells,” said Shana O. Kelley, PhD, president of bioengineering at Biohub and head of Biohub Chicago, in a press release. “Any LNP formulation being developed today could potentially benefit from our approach.”

Rather than redesigning the nanoparticles themselves—a major focus of the field—the researchers asked: Could the body’s own metabolic environment be making cells less receptive to LNP fusion?

“By asking why LNPs perform so differently in the physiological milieu of the body, we found a surprisingly simple answer that could make a wide range of mRNA and gene editing therapies substantially more effective,” said Daniel Zongjie Wang, PhD, who leads Biohub’s Spatiotemporal Omics Group.

The team discovered that LNP performance hinges on the metabolic context of the target cells. In nutrient‑rich culture media, LNPs enter cells efficiently, but when the researchers used a plasma‑like medium that mirrors physiological conditions, uptake dropped sharply. “Using an in vitro system, we found that simulated physiologic metabolic conditions led to the down-regulation of certain amino acid metabolic programs,” the authors wrote. Combined metabolic and genetic analyses pointed to suppressed amino acid metabolic pathways under these conditions, suggesting that the body’s leaner metabolic environment makes cells less receptive to LNP internalization.

“Supplementation with an optimized formulation of methionine, arginine, and serine (AAS) enhanced the uptake of LNPs and the expression of delivered mRNA cargo in epithelial cells in vitro,” the authors wrote. Co-administering the amino acid supplement with LNPs produced a 5‑ to 20‑fold increase in mRNA expression across multiple cell types and lipid formulations, both in vitro and in vivo. The effect held across intramuscular, intratracheal, and intravenous routes of administration.

Mechanistic studies suggest the amino acid cocktail enhances a clathrin‑independent, carrier‑mediated endocytic pathway, increasing the efficiency with which cells internalize LNPs.

The in vivo tests underscored how strongly the metabolic intervention reshaped LNP performance. In a mouse model of acetaminophen‑induced liver injury, LNPs carrying growth hormone mRNA yielded a 33% survival rate. Pairing the same formulation with the amino acid cocktail shifted the outcome entirely: 100% of treated mice survived, accompanied by markedly elevated serum levels of the therapeutic protein and reduced liver damage markers.

A lung‑targeted gene‑editing experiment showed a similar jump in efficiency. Standard LNP delivery of CRISPR–Cas9 components produced the 20–30% editing typically reported for this approach. With the amino acid mixture, editing climbed to 85–90% after a single dose, approaching the levels needed for diseases such as cystic fibrosis.

As the authors noted, the findings highlight the importance of the metabolic environment in LNP behavior and suggest that tailored co‑formulation strategies may offer a straightforward way to improve mRNA‑based therapeutics across a wide range of diseases. “The field has spent enormous effort engineering nanoparticles,” said Wang. “We found, however, that the cell’s own metabolic state is an equally important—and addressable—part of the equation.”

Da:

https://www.genengnews.com/topics/drug-discovery/amino-acid-cocktail-supercharges-lnp-delivery-for-mrna-and-crispr-therapies/?_hsenc=p2ANqtz-_wfmcP-rEMln_atHfvJHkxJvKn7EN0IJKlewOvFK7rGjoSXGOis0f6jmFzlmhsHUhKrA1PsrnGErSe2eW1VXgyXBjH3TKlVxCBQDfNaJiPD8IW-2c&_hsmi=408645677