RNA gezielt in Zellen transportieren

RNA kann in der Medizin eingesetzt werden, um Zellen vorübergehend mit der Bauanleitung für therapeutische Proteine oder Geneditierungswerkzeuge zu versorgen. Damit die RNA ihre Wirkung entfalten kann, muss sie jedoch zunächst in die entsprechenden Zellen gelangen. Genau hier liegt eine zentrale Herausforderung bei der Entwicklung von RNA-basierten Gentherapien.

Ein Forschungsteam von Helmholtz Munich hat dafür sogenannte Synthetic Transfer Vehicles (STVs) entwickelt. Dabei handelt es sich um Transportvehikel, die aus natürlichen Proteindomänen und künstlich entworfenen Proteinstrukturen zusammengesetzt werden. Mithilfe computergestützter Verfahren entwickelten die Forschenden mehr als 100 unterschiedliche Varianten und untersuchten deren Fähigkeit, RNA zu transportieren.

Als besonders leistungsfähig erwies sich das Transportvehikel STV-C8. In verschiedenen Zellmodellen konnte es unterschiedliche RNA-Frachten übertragen. Im Vergleich mit etablierten biologischen Transportsystemen und klinisch eingesetzten Lipidnanopartikeln erreichte STV-C8 in den untersuchten Experimenten eine deutlich höhere RNA-Übertragungseffizienz.

Transportvehikel für unterschiedliche Zielzellen

Die Forschenden untersuchten außerdem, ob sich die Zielzellen der Transportvehikel gezielt bestimmen lassen. Dafür statteten sie STVs mit künstlich entwickelten Proteinbindern aus, die bestimmte Oberflächenstrukturen von Zellen erkennen. In Zellkultur-experimenten konnten die modifizierten Transportvehikel dadurch bevorzugt Zellen mit den entsprechenden Zielrezeptoren erreichen.

Auch erste Untersuchungen in Tiermodellen wurden durchgeführt. Nach der Verabreichung von STV-C8 in Mäusen konnten die Forschenden die Verteilung der übertragenen RNA im Körper untersuchen. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf dem Einsatz der Transportvehikel für die Genomeditierung. Als Beispiel untersuchten sie einen möglichen Therapieansatz für die Duchenne-Muskeldystrophie, eine schwere genetisch bedingte Muskelerkrankung. Dafür transportierten die Forschenden mit STV-C8 Komponenten des Geneditierungswerkzeugs CRISPR/Cas9 in Muskelzellen von Patientinnen und Patienten. Ziel war es, Exon 51 des Dystrophin-Gens gezielt zu entfernen, damit die Zelle wieder die Bauanleitung für ein verkürztes, aber potenziell funktionsfähiges Dystrophin-Protein ablesen kann. Dies gelang sowohl in den untersuchten menschlichen Muskelzellen als auch nach einer lokalen Injektion der Transportvehikel in den Muskel eines Schweins. Die Versuche stellen noch keine Therapie der Duchenne-Muskeldystrophie dar, zeigen aber, dass STVs grundsätzlich auch für den Transport von Geneditierungswerkzeugen untersucht werden können.

Präklinische Weiterentwicklung im Projekt EDGE

An diese Arbeiten knüpft das GO-Bio next-Projekt EDGE an. Das Vorhaben mit dem Titel „Präklinische Testung eines universellen Übertragungsvehikels für Gentherapeutika“ untersucht die STV-Technologie mit Blick auf mögliche Anwendungen bei genetisch bedingten Erkrankungen. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt mit 3 Millionen Euro.

Für eine spätere medizinische Anwendung müssen unter anderem die Verteilung der Transportvehikel im Körper, die gezielte Erreichbarkeit bestimmter Zelltypen, Sicherheit, Dosierung und Verträglichkeit weiter untersucht werden. Im Rahmen von EDGE soll die Technologie deshalb unter präklinischen Bedingungen weiterentwickelt und hinsichtlich ihrer Eignung für unterschiedliche therapeutische Anwendungen geprüft werden.