Zahlavi

Nová nanočástice usnadní vývoj mRNA vakcín i léčbu genetických chorob

21. 09. 2021

Čeští vědci objevili nový typ látek schopných bezpečně dopravit do buněk nukleové kyseliny, a to od základních stavebních kamenů až po dlouhé řetězce RNA a DNA. Univerzální přepravní systém lze využít jak v léčbě genetických onemocnění, tak v mRNA vakcínách, vhodných k prevenci covidu-19. Pomyslným vozíčkem, který do buňky nukleové kyseliny doručí, je nanočástice XMAN. Při jejím pojmenování se vědci inspirovali komiksovým světem.

Nová nanočástice není pro tělo toxická a je schopna snadno proniknout do buňky a uvolnit svůj náklad. Název XMAN vznikl na základě slovní hříčky, která pracuje s podobností slov adamantan (látka využívaná k syntéze sloučenin) a adamantium (fiktivní kov ze série X-Men).

„Adamantan tvoří jádro ionizovatelného lipidoidu v našich lipidických nanočásticích. Komiksové adamantium zase umožňuje z normálního člověka vytvořit X-Mena, který stojí na straně dobra a pomáhá lidstvu přežít. Náš adamantan hraje podobně důležitou roli,“ osvětluje název objevené nanočástice Petr Cígler, vedoucí skupiny syntetické nanochemie v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.

Dr. Petr Cígler
Vedoucí skupiny syntetické nanochemie Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR Petr Cígler

Nanočástice XMAN je unikátní například v univerzálnosti použití (pro většinu nukleových kyselin) a ve stabilitě. „Naši XMANi jsou stabilní i při čtyřech stupních Celsia a univerzálně zabalí a ochrání jakoukoli nukleovou kyselinu bez dlouhého optimalizování,“ dodává Petr Cígler.

Balíček přímo do buňky

Nukleové kyseliny DNA a RNA známe především jako nositelky genetické informace. Lze je využít ale i k léčebným účelům. V poslední době se v souvislosti s pandemií covidu-19 hodně zmiňovala molekula mRNA, která je základem vakcíny proti této nemoci. Molekula mRNA plní funkci jakéhosi receptu nebo návodu k syntéze proteinu – v tomto případě spike proteinu koronaviru – proti němuž si organismus sám vytvoří protilátky. K syntéze dochází uvnitř buňky. Jenže jak do ní molekulu dostat?

„RNA je velmi nestabilní látka a podléhá rychlému rozpadu. Aby se vůbec mohla dostat do buňky, je třeba ji zabalit do transportního obalu, který ji ochrání před okolním prostředím a současně zajistí bezpečnou přepravu tělem do buňky. To ale vůbec není triviální problém,“ říká Klára Grantz Šašková ze skupiny proteázy lidských patogenů Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.

Dr. Klára Grantz Šašková
Klára Grantz Šašková ze skupiny proteázy lidských patogenů Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a vedoucí skupiny při BIOCEV

Jelikož se pro každou cílenou terapii používají jiné molekuly RNA o různé velikosti, bylo až dosud nutné najít vždy pro každý konkrétní typ RNA unikátní směs lipidů schopnou molekulu zabalit, dopravit a uvolnit do buňky. Obal navíc nesmí být toxický, což výrazně prodlužuje vývoj.

Stabilní a bezpečný dopravce

Nová nanočástice by mohla celý proces dopravy nukleových kyselin do buněk zjednodušit právě díky své stabilitě a bezpečnosti. Objev se podařil týmu vědců z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR pod vedením Petra Cíglera a Kláry Grantz Šaškové ve spolupráci s kolegy z Ústavu molekulární genetiky AV ČR a vědeckého centra BIOCEV.

Nové dopravní nanočástice by mohly pomoci v nejrůznějších terapiích, například v léčbě nemocí typu hemofilie A nebo cystické fibrózy způsobené nedostatečnou tvorbou určitého proteinu. Dopravená molekula mRNA v takovém případě buňce umožňuje chybějící protein vyrobit.

Nanočástice XMAN jako obal
Univerzálnost částic spočívá v tom, že jeden obal funguje stejně pro různé nukleové kyseliny.

„Naše látky jsou schopny se bezpečně dostat i do tak obtížně proniknutelných buněk, jako jsou lidské primární jaterní buňky nebo buněčné linie z různých hematologických nádorů, které v současnosti představují obtížný cíl pro léčbu,“ dodává Klára Grantz Šašková.  

Látky by mohly pomoci i při léčbě nemocí způsobených tvorbou patologických proteinů, například u některých forem život ohrožující amyloidózy (při níž problémy způsobuje protein transthyretin). V takovém případě je možné do buňky doručit krátký úsek RNA označovaný siRNA (malá interferující RNA), který po vstupu dovnitř dokáže tvorbu škodlivého či nesprávně fungujícího proteinu vypnout.

Nanočástice XMAN
XMAN je velký přibližně jako virus, kolem sta nanometrů, čili stokrát menší než buňka, do které umí proniknout.

A kdy se hrdinní XMANi dostanou ke slovu? Výsledky výzkumu otiskl prestižní časopis Advanced Functional Materials a látky byly patentovány. Nyní se vyjednávají podmínky případné licenční smlouvy. Kancelář IOCB TECH, dceřiná společnost Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, na tom nyní intenzivně pracuje a jedná s potenciálními zájemci z farmaceutického průmyslu. 

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, ve spolupráci s Dušanem Brinzanikem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR 
Foto a vizualizace: Tomáš Belloň, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR
 

Biologie a lékařské vědy

Vědecká pracoviště

Cílem výzkumu je poznávání procesů v živých organismech, a to na úrovni molekul, buněk i organismů. Biofyzikální výzkum se zabývá studiem vztahu DNA – protein a vlivu faktorů životního prostředí na organismy. V oblasti molekulární genetiky a buněčné biologie jsou studovány zejména signální cesty pro spouštění reakcí a odezvy cílových genů na tyto signály; zvláštní pozornost je věnována studiu buněčných mechanismů imunitních odpovědí. Sledovány jsou rovněž genomy mikroorganismů a procesy směřující k moderním technologiím přípravy látek s definovanými biologickými účinky. V oblasti fyziologie a patofyziologie savců a člověka je výzkum zaměřen na kardiovaskulární fyziologii, neurovědy, fyziologii reprodukce a embryologii s cílem vytvořit teoretické základy preventivní medicíny. V oblasti experimentální botaniky se výzkum věnuje genetice, fyziologii a patofyziologii rostlin a moderní rostlinné biotechnologii. Sekce zahrnuje 8 vědeckých ústavů s přibližně 1930 zaměstnanci, z nichž je asi 690 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.

Všechny výzkumné sekce