La thérapie génique prénatale via les LNP est prometteuse dans le modèle de trouble neurodéveloppemental

Les véhicules qui transportent le fret d’édition génétique vers les cellules du corps peuvent être toxiques, compliquant les thérapies géniques, en particulier celles destinées aux cellules cérébrales des fœtus en développement. Des supports moins toxiques sont cependant développés par des scientifiques affiliés à l’Université de Californie à Davis et à l’Université de Californie à Berkeley. Ces transporteurs sont conçus pour se dégrader rapidement, ce qui réduit leur potentiel à induire une réponse inflammatoire.

Les scientifiques ont récemment décrit leurs supports à faible toxicité dans ACS Nanodans un article intitulé «Modification généralisée des gènes dans le cerveau via l’administration in utero d’ARNm à l’aide de nanoparticules lipidiques dégradables par l’acide.» Selon cet article, « les nanoparticules lipidiques densément pégylées (ADP-LNP) contenant un lipide PEG dégradable par l’acide peuvent délivrer de manière sûre et efficace de l’ARNm pour les enzymes d’édition génétique au cerveau fœtal de souris, ce qui permet une transfection et une édition réussies des cellules cérébrales ».

Lorsque les scientifiques ont testé leur technologie LNP, ils ont utilisé un modèle murin du syndrome d’Angelman. Encouragés par les performances de la technologie, ils ont émis l’hypothèse que leur technologie LNP pourrait être efficace non seulement contre le syndrome d’Angelman, mais aussi contre d’autres affections neurodéveloppementales d’origine génétique, telles que le syndrome de Rett et le syndrome de Hurler.

« Les implications de cet outil pour traiter les conditions neurodéveloppementales sont profondes », a déclaré Aijun Wang, PhD, l’un des auteurs principaux de l’étude et professeur de chirurgie et de génie biomédical à l’UC Davis. « Nous pouvons potentiellement corriger des anomalies génétiques à un niveau fondamental pendant les périodes critiques du développement cérébral. »

La nouvelle technologie LNP est le résultat d’une collaboration entre les scientifiques de l’UC Davis dirigés par Wang et les scientifiques de l’UC Berkeley dirigés par Niren Murthy, PhD, un autre auteur principal de l’étude actuelle et professeur de bio-ingénierie. L’équipe espère développer cette technologie dans le traitement des maladies génétiques pouvant être diagnostiquées lors de tests prénatals. De tels traitements pourraient être administrés dans l’utérus pour éviter davantage de dommages à mesure que les cellules se développent et mûrissent.

Auparavant, Wang, Murthy et leurs collègues avaient signalé qu’ils avaient conçu des LNP rapidement hydrolysables (RD-LNP). Dans un Nature Nanotechnologie article intitulé « Les nanoparticules lipidiques dégradables par l’acide améliorent la délivrance d’ARNm« , ont-ils écrit, » Des lipides dégradables par l’acide composés de lipides de polyéthylène glycol, de lipides anioniques et de lipides cationiques ont été synthétisés avec le lieur azido-acétal et utilisés pour générer des RD-LNP, ce qui a considérablement amélioré les performances des complexes LNP-ARNm in vitro. et in vivo. Collectivement, les RD-LNP ont livré l’ARNm plus efficacement au foie, aux poumons, à la rate et au cerveau des souris ainsi qu’aux cellules souches et progénitrices hématopoïétiques in vitro que les LNP conventionnelles.

Dans la présente étude, Wang, Murthy et ses collègues ont déployé leur technologie LNP-ARNm via une injection intracérébroventriculaire (ICV) in utero. « Les injections ICV in utero d’ADP-LNP ont entraîné la transfection de [neural stem and progenitor cells]qui a proliféré et peuplé tout le cerveau au moment où les souris étaient complètement développées », ont écrit les scientifiques. « Les ADP-LNP ont également été bien tolérées après une injection in utero d’ICV, probablement en raison de leur combinaison de PEGylation dense et de dégradabilité acide. »

« Le traitement des troubles du développement neurologique avec des thérapies d’édition génétique nécessite le développement de vecteurs d’administration capables de transfecter le tissu cérébral à l’échelle mondiale », ont-ils poursuivi. « L’injection ICV in utero d’ADP-LNP est jusqu’à présent la seule méthodologie disponible pour transfecter de manière non virale de grands volumes de tissu cérébral et constitue une plate-forme prometteuse pour développer des traitements pour les troubles du développement neurologique. »

Les chercheurs ont utilisé leur technologie LNP pour fournir des ARNm guides et des ARNm Cas9. À l’aide de traceurs, les chercheurs ont pu voir tous les neurones modifiés à l’intérieur du cerveau. Leur étude a montré que les nanoparticules étaient absorbées par les cellules souches neurales et progénitrices du cerveau en développement. Les nanoparticules ont entraîné des modifications génétiques dans 30 % des cellules souches cérébrales du modèle murin.

« Transfecter 30 % de l’ensemble du cerveau, en particulier les cellules souches, est une grosse affaire », a affirmé Wang. « Ces cellules migrent et se propagent à de nombreux endroits du cerveau à mesure que le fœtus se développe. »

Dans l’étude, à mesure que le développement fœtal se poursuivait, les cellules souches ont proliféré et ont migré pour former le système nerveux central. L’étude a révélé que plus de 60 % des neurones de l’hippocampe et 40 % des neurones du cortex étaient transfectés.

« Il s’agit d’une méthode très prometteuse pour les maladies génétiques affectant le système nerveux central », a expliqué Wang. « À la naissance des bébés, de nombreux neurones auraient pu être corrigés. Cela signifie que le bébé pourrait naître sans symptômes.

Wang s’attend à voir un pourcentage encore plus élevé de cellules transfectées dans un modèle de souris malade : « Les mauvais neurones porteurs de mutations peuvent être tués par l’accumulation de symptômes de la maladie et les bons neurones peuvent rester et proliférer. Cela pourrait conduire à une efficacité thérapeutique amplifiée. Si nous savons suffisamment bien comment fonctionnent les cellules, nous pouvons exploiter ces connaissances pour coopérer avec les voies naturelles de la cellule.