La transferencia génica pulmonar con LNP muestra expresión rápida de proteínas y riesgo de lesión pulmonar
Antecedentes: un vehículo no viral para modular la inmunidad en pulmones de donantes
Las nanopartículas lipídicas (LNP) desarrolladas para modular la inmunidad en pulmones de donantes mostraron altas tasas de transferencia génica y rápida expresión de proteínas en células y tejido pulmonar. Sin embargo, se observaron lesiones pulmonares significativas tras la administración intratraqueal en ratas. Los resultados indican que debe verificarse la seguridad junto con la optimización de la formulación para mejorar la eficiencia de administración.
El estudio evaluó las LNP como plataforma no viral de transferencia génica. Tras seleccionar candidatos en líneas celulares, los investigadores compararon la expresión de proteínas con la de un vector adenoviral en cortes de tejido pulmonar humano y examinaron en ratas la relación entre dosis, expresión y lesión pulmonar. No fue un ensayo clínico que evaluara el rechazo del trasplante ni la supervivencia de los pacientes.
Hallazgos principales: composición de ST-1/DOTAP y rapidez de expresión
Los investigadores encapsularon ARN mensajero (ARNm) que codifica la proteína indicadora mCherry en 10 formulaciones candidatas de LNP, combinando cinco lípidos ionizables con dos lípidos auxiliares. Midieron las tasas de transferencia génica en líneas celulares mediante citometría de flujo. Una formulación que combinaba el lípido ionizable ST-1 con el lípido auxiliar DOTAP alcanzó tasas de transferencia del 91,3 ± 6,9 % en células epiteliales pulmonares humanas y del 88,4 ± 6,3 % en células de linaje monocítico humano.
Al reducir el contenido de DOTAP del 39 % al 7,8 %, la tasa de transferencia aumentó aún más. Sin embargo, el resumen no especifica la magnitud de la mejora ni la base de cálculo del contenido, por lo que resulta difícil generalizar esta proporción como la composición óptima para todas las condiciones de administración pulmonar.
En cortes de precisión de pulmón humano (PCLS), la expresión de mCherry con la formulación ST-1/DOTAP al 7,8 % alcanzó su máximo dos días después de la administración. El pico se produjo antes que con el vector adenoviral, pero el resumen no indica el momento exacto del pico ni la duración de la expresión con el vector de comparación. Estos resultados por sí solos no demuestran un efecto inmunomodulador después del trasplante.
Implicaciones y perspectivas: distinguir la reducción de la inflamación de la seguridad establecida
La administración intratraqueal de la formulación ST-1/DOTAP al 7,8 % con ARNm de mCherry, a 500 μg/kg, en el pulmón izquierdo de las ratas causó lesiones pulmonares significativas. En cambio, con una dosis de 50 μg/kg de ARNm de interleucina 10 humana (hIL-10), disminuyó la inflamación pulmonar inducida por las LNP, y se notificó en el pulmón izquierdo la concentración de hIL-10 que los investigadores buscaban alcanzar: 59 pg por cada 1 mg de proteína.
Las dos condiciones diferían tanto en la dosis como en el tipo de ARNm. Por ello, la reducción de la inflamación no debe atribuirse únicamente a la disminución de la dosis, ni debe afirmarse que la hIL-10 eliminó por completo la toxicidad. Tampoco hay fundamento para afirmar que un vehículo no viral evita las respuestas inmunitarias por el mero hecho de no ser viral.
El estudio muestra que, al administrar ARNm al pulmón, deben evaluarse tanto la rapidez de expresión como el riesgo de daño tisular. Antes de una aplicación clínica, es necesario seguir evaluando la expresión y la inflamación según la formulación, la dosis y el tipo de ARNm. El resumen proporcionado no presenta resultados que demuestren una edición genómica exitosa ni la seguridad a largo plazo.
Fuente: Resumen del estudio e información bibliográfica indexados en Europe PMC.
OBJECTIVE: To evaluate the efficiency and protein expression profiles of newly synthesized lipid nanoparticles (LNPs) as a nonviral vector gene delivery platform for gene editing of donor lungs for immunomodulation. METHODS: mCherry mRNA was formulated with 10 LNP candidates (5 ionizable lipids × 2 helper lipids), and gene delivery efficiency in cell lines was assessed using flow cytometry. The most promising LNP was optimized, and its protein expression was compared with that of adenoviral vectors (ADVs) using an mCherry enzyme-linked immunosorbent assay ELISA in a human precision-cut lung slice (PCLS) model. Additionally, intratracheal administration in a rat in vivo model was used to evaluate the relationship between LNP dose and protein expression using mCherry and human interleukin-10 (hIL-10) mRNA. RESULTS: An ionizable lipid ST-1 (formulated with 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane [DOTAP]) achieved high transfection rates of 91.3 ± 6.9% in human lung epithelial cells and 88.4 ± 6.3% in human monocytic cells. Reducing the DOTAP content from 39% to 7.8% further improved the transfection rate. Peak mCherry expression in human PCLS with ST-1 DOTAP (7.8%) occurred at 2 days postadministration, which was faster than with adenoviral vectors. Intratracheal administration of 500 μg/kg of ST-1 DOTAP (7.8%) with mCherry to rat left lungs caused significant lung injury; however, 50 μg/kg of hIL-10 mRNA mitigated the LNP-induced lung inflammation, achieving the target concentration of 59 pg/mg protein in the left lung. CONCLUSIONS: LNPs achieved rapid and efficient protein expression in vitro and in vivo that exceeded the performance of viral vectors; however, significant lung injury was observed with intratracheal LNP administration. This findings underscores the need to further optimize LNP-mediated gene delivery to the lung before translation to the clinic.
Al desarrollar una tecnología para administrar ARNm inmunomodulador a pulmones de donantes, es necesario evaluar tanto la rapidez con que se produce la proteína como el grado de lesión del tejido pulmonar. La formulación ST-1/DOTAP mostró expresión rápida en cortes de tejido pulmonar humano, pero la administración intratraqueal en ratas también reveló lesiones pulmonares. En futuros estudios preclínicos, variar la dosis del mismo ARNm o comparar distintos tipos de ARNm a la misma dosis podría ayudar a esclarecer la relación entre expresión e inflamación. La reducción de la inflamación observada con hIL-10 ofrece una base para continuar la optimización, pero no demuestra que el método sea seguro para receptores de trasplante pulmonar ni que reduzca el rechazo.