국소 mRNA 전달을 위해 나노입자가 뼈에 달라붙습니다.

Sarah Anderson은 2022년에 보조 편집자로 Drug Discovery News에 합류했습니다. 그녀는 Northwestern University에서 화학 박사 학위와 과학 저널리즘 석사 학위를 취득했으며 "Science Unsealed"의 편집장을 역임했습니다.

단백질을 코딩하는 mRNA 약물은 세포 내부에 자리를 잡지만 이를 얻는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. 세포막을 통해 mRNA를 이동시키고 뉴클레아제에 의한 분해로부터 mRNA를 보호하기 위해 연구자들은 mRNA를 캡슐화하고 세포 내부로 방출하는 작은 지질 나노입자를 사용합니다(1).

mRNA가 뼈 질환 및 부상과 싸우는 단백질의 발현을 자극할 수 있는 뼈에 지질 나노입자를 투여하는 것도 똑같이 어려운 것으로 입증되었습니다. 뼈는 혈액-골수 장벽, 다른 기관에 비해 감소된 혈류 및 혈관 구조, 생체분자에 대한 낮은 인력으로 인해 나노입자를 흡수하는 데 어려움을 겪어 mRNA 화물 전달을 방해합니다. 지질 나노입자를 뼈에 효율적으로 공급하는 방법은 골다공증 및 골암과 같은 질환에 대한 mRNA 약물 출시에 도움이 될 수 있습니다.

미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)에 실린 최근 연구에서 펜실베니아 대학(University of Pennsylvania) 연구진은 뼈 미네랄에 달라붙는 지질을 개발하여 나노입자 축적과 뼈로의 mRNA 전달을 증가시켰습니다(2). 치료 잠재력 외에도 이들의 연구는 mRNA 치료제를 회피 환경에 적용하기 위한 새로운 접근 방식을 제공합니다.

나노입자가 뼈에 달라붙는 것을 돕기 위해 연구진은 비스포스포네이트로 전환했습니다. 이 작은 분자는 뼈의 미네랄 구성의 주요 구성 요소인 수산화인회석의 칼슘 이온과 결합합니다. 그들은 비스포스포네이트를 포함하는 지질을 설계했는데, 이는 입자가 모일 수 있다는 점에서 뼈를 보푸라기 브러시처럼 작동하게 한다고 펜실베니아 대학의 나노입자 생명공학자이자 이번 연구의 공동저자인 Michael Mitchell이 ​​말했습니다.

연구팀은 21개의 독특한 비스포스포네이트 지질과 리포터 단백질을 암호화하는 캡슐화된 mRNA로부터 일련의 나노입자를 만들었습니다. 세포 내 나노입자를 스크리닝하면서 그들은 비스포스포네이트 그룹이 없는 동일한 입자보다 더 높은 mRNA 전달을 제공하는 하나의 제제를 확인했습니다. 그들은 또한 이 나노입자가 비스포스포네이트가 없는 대응물에 비해 수산화인회석에 훨씬 더 강한 결합을 보였다는 것을 관찰했습니다. 그런 다음 연구자들은 나노입자를 쥐에게 정맥 투여한 결과 비스포스포네이트 그룹을 추가하면 뼈의 입자 축적과 단백질 발현이 증가한다는 사실을 발견했습니다.

마지막으로, 연구진은 치료 성장 인자 BMP-2를 암호화하는 mRNA를 운반하는 지질 나노입자로 쥐를 정맥 주사하여 치료했습니다. 그들은 뼈에서의 향상된 흡수로 인해 비스포스포네이트 나노입자가 표준 지질 입자에 비해 뼈 표면과 골수 깊숙한 곳 모두에서 BMP-2의 발현을 증가시키는 것을 관찰했습니다. 결과는 골절 치료를 위한 재생 단백질 생산을 촉진하는 것부터 골수 조혈 줄기 세포의 유전 물질을 편집하는 것까지 뼈를 사랑하는 나노입자의 다양한 적용 가능성을 보여주었습니다.

이 연구는 뼈로의 mRNA 전달에 대한 흥미로운 개념 증명이라고 이번 연구에는 참여하지 않았지만 플로리다 대학의 생의학 엔지니어인 Blanka Sharma는 말했습니다. 일부 나노입자가 쥐의 간에 모였기 때문에 나노의학 분야에서 광범위한 과제인 오프 타겟 효과를 조사해야 한다고 그녀는 덧붙였습니다. "제약점은 거의 항상 우리가 체계적으로 주입하는 것 중 얼마나 많은 양이 실제로 우리가 원하는 곳으로 가는가 하는 것입니다." 그녀가 말했다.

연구진은 입자의 생체 분포로 인한 독성을 평가하고 대체 투여 경로를 탐색할 계획입니다. 펜실베이니아 대학 생명공학과 박사후 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 Lulu Xue는 "아마도 가까운 미래에 목표를 벗어난 효과를 줄이기 위해 국소 주사 전달 방법을 시도할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

과학자들이 지질 나노입자를 여러 특정 기관에 전달하려고 노력함에 따라 Mitchell은 결합 그룹을 지질 설계에 통합하는 전략이 뼈를 넘어 활용될 수 있기를 바라고 있습니다. "이러한 유형의 화학은 다른 세포와 조직을 표적으로 삼을 수 있는 지질에 다른 작은 분자를 통합하는 데 사용될 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.