Inteligența artificială generativă sprijină cercetătorii în crearea unor noi transportori RNA
Cercetătorii de la Helmholtz Munich și TUM au dezvoltat Vehicule Sintetice de Transfer (STV), o nouă clasă de transportori RNA.
Acest lucru a fost realizat prin combinarea blocurilor de construcție proteice ce se găsesc în mod natural cu structuri proteice sintetice, proiectate cu ajutorul inteligenței artificiale generative. Screeningul sistematic a identificat STV-C8 ca fiind cel mai eficient candidat: în cultura celulară, acesta transportă RNA mult mai eficient decât nanoparticulele lipidice testate și poate fi adaptat pentru diferite încărcături RNA și celule țintă.
Terapiile bazate pe RNA utilizează RNA ca un plan care permite celulelor să producă proteine specifice – inclusiv proteine care pot modifica cu precizie genele. Pentru ca acest proces să aibă loc, RNA-ul trebuie să ajungă intact în interiorul celulei. Sistemele de livrare utilizate în prezent includ vehicule derivate din virusuri și nanoparticule lipidice, particule mici formate din molecule asemănătoare grăsimilor. Ambele abordări au limitări, motiv pentru care cercetătorii caută noi mecanisme care să poată livra RNA în celule mai eficient și, în viitor, mai selectiv.
Echipele de cercetare de la Institutul de Cercetare a Celulelor Stem (ISF) și Institutul de Genetică Dezvoltamentală (IDG) de la Helmholtz Munich și Universitatea Tehnică din München au construit un transportor RNA de la zero. Cercetătorii au combinat blocuri de construcție proteică funcțională cu o proteină structurală proiectată folosind inteligența artificială generativă. Această proteină formează structura vehiculului și poate adopta forme care nu apar în natură. „Nu am vrut să recreăm natura, ci să proiectăm noi structuri pentru o sarcină specifică: livrarea eficientă a RNA-ului”, afirmă Dr. Christoph Gruber, lider de echipă la ISF și co-autor principal al studiului.
Echipa a testat mai mult de o sută de variante. Spre surprinderea lor, structurile proteice cu geometrie non-naturală s-au dovedit a performa foarte bine. STV-C8 s-a dovedit a fi cel mai eficient. „Faptul că o structură care diferă atât de mult de capsidele virale naturale funcționează atât de bine a fost o descoperire cheie pentru noi”, spune Dr. Maren Kirstin Schuhmacher, cercetător postdoctoral la ISF și, de asemenea, co-autor principal. „Aceasta demonstrează potențialul utilizării AI pentru a extinde sistematic spațiul de design proteic.”
În cultura celulară, STV-C8 a livrat RNA în celulele țintă mult mai eficient decât particulele asemănătoare virusurilor și nanoparticulele lipidice testate. Comparativ cu nanoparticulele lipidice, rata de transfectare a fost semnificativ mai mare; pentru a obține o producție comparabilă de proteine, STV-C8 a necesitat o cantitate de RNA mult mai mică. Sistemul poate fi de asemenea încărcat cu diferite încărcături RNA și direcționat către celule țintă specifice.
„Această modularitate este deosebit de importantă pentru noi, deoarece ne permite să adaptăm transportorul pentru diferite aplicații și celule țintă”, afirmă Dr. Florian Giesert, lider de grup, Editare Genetică, ISF.
Echipa a testat dacă abordarea funcționează și într-un organism viu, folosind modele animale. După administrarea intravenoasă la șoareci, STV-C8 a condus la exprimarea RNA-ului livrat în principal în plămâni; cercetătorii nu au găsit dovezi de efecte secundare imunitare sau toxice. De asemenea, au încărcat STV-C8 cu componente ale sistemului CRISPR/Cas9 și au injectat transportorul în mușchiul unui porc. Acolo, au reușit să elimine o secțiune relevantă din punct de vedere patologic a genei distrofinei, care conține planul pentru o proteină ce stabilizează celulele musculare și este afectată în distrofia musculară Duchenne.
STV-C8 este încă un sistem experimental. Înainte de a putea fi utilizat în medicină, cercetătorii vor trebui să investigheze, printre altele, cum pot fi direcționate vehiculele specific către anumite tipuri de celule și cum se distribuie în organism. „Cu STV-C8, am creat o platformă pe care o putem dezvolta în continuare pentru o gamă variată de aplicații terapeutice”, afirmă Prof. Wolfgang Wurst, Emeritus of Excellence la Helmholtz Munich și TUM și ultimul autor al publicației. Echipa intenționează, de asemenea, să transfere tehnologia într-o companie de tip spin-off.
