Źródło: Medical Micro

Po wybuchu epidemii COVID-19 dwie szczepionki mRNA zostały szybko dopuszczone do obrotu, co przyciągnęło większą uwagę do rozwoju leków na kwasy nukleinowe.W ostatnich latach opublikowano dane kliniczne dotyczące szeregu leków zawierających kwasy nukleinowe, które mogą stać się przebojami leków, obejmujących choroby serca i choroby metaboliczne, choroby wątroby oraz szereg rzadkich chorób.Oczekuje się, że leki zawierające kwasy nukleinowe staną się kolejnymi lekami małocząsteczkowymi i lekami opartymi na przeciwciałach.Trzeci co do wielkości rodzaj leku.

Kategoria leków kwasu nukleinowego

Kwas nukleinowy jest biologicznym związkiem wielkocząsteczkowym powstałym w wyniku polimeryzacji wielu nukleotydów i jest jedną z najbardziej podstawowych substancji życiowych.Leki kwasu nukleinowego to różne oligorybonukleotydy (RNA) lub oligodeoksyrybonukleotydy (DNA) o różnych funkcjach, które mogą bezpośrednio oddziaływać na docelowe geny wywołujące choroby lub docelowe mRNA w celu leczenia chorób na poziomie genów.

▲ Proces syntezy od DNA przez RNA do białka (źródło zdjęcia: bing)

Obecnie główne leki kwasu nukleinowego obejmują antysensowny kwas nukleinowy (ASO), mały interferujący RNA (siRNA), mikroRNA (miRNA), mały aktywujący RNA (saRNA), informacyjny RNA (mRNA), aptamer i rybozym., Leki sprzężone z kwasem nukleinowym przeciwciała (ARC) itp.

Oprócz mRNA, w ostatnich latach więcej uwagi poświęcono badaniom i rozwojowi innych leków zawierających kwasy nukleinowe.W 2018 roku zatwierdzono pierwszy na świecie lek siRNA (Patisiran) i był to pierwszy lek kwasu nukleinowego wykorzystujący system dostarczania LNP.W ostatnich latach przyspieszyła również prędkość rynku leków zawierających kwasy nukleinowe.Tylko w latach 2018-2020 dostępne są 4 leki siRNA, dopuszczone zostały trzy leki ASO (FDA i EMA).Ponadto Aptamer, miRNA i inne dziedziny mają również wiele leków na etapie klinicznym.

Zalety i wyzwania leków zawierających kwasy nukleinowe

Od lat 80. XX wieku badania i rozwój nowych leków ukierunkowanych na cel stopniowo się rozwijały i odkryto dużą liczbę nowych leków;tradycyjne małocząsteczkowe leki chemiczne i przeciwciała wywierają działanie farmakologiczne poprzez wiązanie się z białkami docelowymi.Docelowymi białkami mogą być enzymy, receptory, kanały jonowe itp.

Chociaż leki małocząsteczkowe mają zalety łatwego wytwarzania, podawania doustnego, lepszych właściwości farmakokinetycznych i łatwego przenikania przez błony komórkowe, na ich rozwój wpływa zdolność leku docelowego (oraz to, czy docelowe białko ma odpowiednią strukturę kieszeni i rozmiar)., Głębokość, polaryzacja itp.);według artykułu w Nature2018 tylko 3000 z ~ 20 000 białek kodowanych przez ludzki genom może być lekami, a tylko 700 ma opracowane odpowiednie leki (głównie małocząsteczkowe chemikalia).

Największą zaletą leków na bazie kwasów nukleinowych jest to, że różne leki można opracować tylko poprzez zmianę sekwencji zasad kwasu nukleinowego.W porównaniu z lekami, które działają na tradycyjnym poziomie białka, proces jego opracowywania jest prosty, wydajny i biologicznie specyficzny;w porównaniu z leczeniem na poziomie genomowego DNA, leki zawierające kwasy nukleinowe nie stwarzają ryzyka integracji genów i są bardziej elastyczne w czasie leczenia.Lek można przerwać, gdy leczenie nie jest potrzebne.

Leki zawierające kwasy nukleinowe mają oczywiste zalety, takie jak wysoka specyficzność, wysoka skuteczność i długotrwały efekt.Jednakże, ze względu na wiele zalet i przyspieszony rozwój, leki zawierające kwasy nukleinowe również stoją przed różnymi wyzwaniami.

Jednym z nich jest modyfikacja RNA w celu zwiększenia stabilności leków zawierających kwasy nukleinowe i zmniejszenia immunogenności.

Drugi to rozwój nośników zapewniających stabilność RNA podczas procesu przenoszenia kwasów nukleinowych oraz leków zawierających kwasy nukleinowe w celu dotarcia do docelowych komórek/narządów docelowych;

Trzeci to udoskonalenie systemu dostarczania leków.Jak ulepszyć system dostarczania leków, aby osiągnąć ten sam efekt przy niskich dawkach.

Chemiczna modyfikacja leków zawierających kwasy nukleinowe

Leki zawierające egzogenne kwasy nukleinowe muszą pokonać liczne przeszkody, aby dostać się do organizmu i odegrać pewną rolę.Przeszkody te spowodowały również trudności w opracowywaniu leków zawierających kwasy nukleinowe.Jednak wraz z rozwojem nowych technologii część problemów została już rozwiązana poprzez modyfikację chemiczną.A przełom w technologii systemów dostarczania odegrał kluczową rolę w rozwoju leków zawierających kwasy nukleinowe.

Modyfikacja chemiczna może zwiększyć odporność leków RNA na degradację przez endogenne endonukleazy i egzonukleazy oraz znacznie zwiększyć skuteczność leków.W przypadku leków siRNA modyfikacja chemiczna może również zwiększyć selektywność ich nici antysensownych, aby zmniejszyć aktywność RNAi poza celem i zmienić właściwości fizyczne i chemiczne w celu zwiększenia możliwości dostarczania.

1. Chemiczna modyfikacja cukru

We wczesnej fazie opracowywania leków zawierających kwasy nukleinowe wiele związków kwasu nukleinowego wykazywało dobrą aktywność biologiczną in vitro, ale ich aktywność in vivo była znacznie zmniejszona lub całkowicie utracona.Głównym powodem jest to, że niezmodyfikowane kwasy nukleinowe są łatwo rozkładane przez enzymy lub inne substancje endogenne w organizmie.Chemiczna modyfikacja cukru obejmuje głównie modyfikację grupy hydroksylowej w pozycji 2 (2'OH) cukru do metoksy (2'OMe), fluoru (F) lub (2'MOE).Modyfikacje te mogą z powodzeniem zwiększyć aktywność i selektywność, zredukować efekty poza celem i zmniejszyć skutki uboczne.

▲ Chemiczna modyfikacja cukru (źródło zdjęcia: odnośnik 4)

2. Modyfikacja szkieletu kwasu fosforowego

Najczęściej stosowaną modyfikacją chemiczną szkieletu fosforanowego jest fosforotionian, to znaczy niemostkowy tlen w szkielecie fosforanowym nukleotydu jest zastępowany siarką (modyfikacja PS).Modyfikacja PS może przeciwdziałać degradacji nukleaz i wzmacniać interakcję leków kwasu nukleinowego i białek osocza.Zdolność wiązania, zmniejszenie szybkości klirensu nerkowego i wydłużenie okresu półtrwania.

▲ Transformacja tiofosforanu (źródło zdjęcia: odniesienie 4)

Chociaż PS może zmniejszać powinowactwo kwasów nukleinowych i docelowych genów, modyfikacja PS jest bardziej hydrofobowa i stabilna, więc nadal jest ważną modyfikacją w zakłócaniu małych kwasów nukleinowych i antysensownych kwasów nukleinowych.

3. Modyfikacja pięcioczłonowego pierścienia rybozy

Modyfikacja pięcioczłonowego pierścienia rybozy nazywana jest modyfikacją chemiczną trzeciej generacji, w tym BNA kwasu nukleinowego z mostkiem zablokowanym kwasem nukleinowym, PNA kwasu peptydonukleinowego, fosforodiamidomorfolinooligonukleotyd PMO, te modyfikacje mogą dodatkowo zwiększyć leki kwasu nukleinowego Odporność na nukleazy, ulepszone powinowactwo i specyficzność itp.

4. Inne modyfikacje chemiczne

W odpowiedzi na różne potrzeby leków zawierających kwasy nukleinowe, badacze zazwyczaj dokonują modyfikacji i transformacji zasad i łańcuchów nukleotydowych w celu zwiększenia stabilności leków zawierających kwasy nukleinowe.

Jak dotąd wszystkie leki nakierowane na RNA zatwierdzone przez FDA są chemicznie modyfikowanymi analogami RNA, co potwierdza przydatność modyfikacji chemicznej.Jednoniciowe oligonukleotydy dla określonych kategorii modyfikacji chemicznych różnią się tylko sekwencją, ale wszystkie mają podobne właściwości fizyczne i chemiczne, a zatem mają wspólne właściwości farmakokinetyczne i biologiczne.

Dostarczanie i podawanie leków zawierających kwasy nukleinowe

Leki zawierające kwasy nukleinowe, które opierają się wyłącznie na modyfikacji chemicznej, nadal łatwo ulegają szybkiej degradacji w krwioobiegu, niełatwo gromadzą się w tkankach docelowych i niełatwo skutecznie przenikają przez błonę komórkową docelową, aby dotrzeć do miejsca działania w cytoplazmie.Dlatego potrzebna jest moc systemu dostarczania.

Obecnie wektory kwasu nukleinowego na leki dzielą się głównie na wektory wirusowe i niewirusowe.Pierwszy obejmuje wirus związany z adenowirusem (AAV), lentiwirus, adenowirus i retrowirus itp. Obejmują one nośniki lipidowe, pęcherzyki i tym podobne.Z punktu widzenia leków dostępnych na rynku, wektory wirusowe i nośniki lipidowe są bardziej dojrzałe w dostarczaniu leków mRNA, podczas gdy leki zawierające małe kwasy nukleinowe wykorzystują więcej nośników lub platform technologicznych, takich jak liposomy lub GalNAc.

Do tej pory większość terapii nukleotydowych, w tym prawie wszystkie zatwierdzone leki zawierające kwasy nukleinowe, podawano miejscowo, na przykład do oczu, rdzenia kręgowego i wątroby.Nukleotydy są zwykle dużymi hydrofilowymi polianionami, a ta właściwość oznacza, że ​​nie mogą one łatwo przejść przez błonę plazmatyczną.Jednocześnie leki lecznicze oparte na oligonukleotydach zwykle nie mogą przekroczyć bariery krew-mózg (BBB), więc dostarczenie do ośrodkowego układu nerwowego (OUN) jest kolejnym wyzwaniem dla leków zawierających kwasy nukleinowe.

Warto zauważyć, że projektowanie sekwencji kwasów nukleinowych i modyfikacja kwasów nukleinowych są obecnie w centrum uwagi badaczy w tej dziedzinie.Do modyfikacji chemicznej, chemicznie modyfikowanego kwasu nukleinowego, projektowania lub ulepszania nienaturalnej sekwencji kwasu nukleinowego, składu kwasu nukleinowego, konstrukcji wektora, metod syntezy kwasu nukleinowego itp. Przedmioty techniczne są na ogół przedmiotem zgłoszenia patentowego.

Weźmy na przykład nowego koronawirusa.Ponieważ jego RNA jest substancją występującą w naturze w postaci naturalnej, sam „RNA nowego koronawirusa” nie może zostać objęty patentem.Jeśli jednak badacz naukowy po raz pierwszy wyizoluje lub wyekstrahuje nieznane w technologii RNA lub fragmenty nowego koronawirusa i zastosuje je (np. przekształcając w szczepionkę), to zarówno kwas nukleinowy, jak i szczepionka mogą zgodnie z prawem uzyskać prawa patentowe.Ponadto sztucznie syntetyzowane cząsteczki kwasu nukleinowego w badaniach nad nowym koronawirusem, takie jak startery, sondy, sgRNA, wektory itp., Wszystkie są obiektami podlegającymi opatentowaniu.

Uwagi końcowe

W odróżnieniu od mechanizmu tradycyjnych małocząsteczkowych leków chemicznych i leków opartych na przeciwciałach, leki oparte na kwasach nukleinowych mogą rozszerzyć odkrywanie leków na poziom genetyczny przed białkami.Można przewidzieć, że wraz z ciągłym poszerzaniem wskazań i ciągłym doskonaleniem technologii dostarczania i modyfikacji, leki zawierające kwasy nukleinowe spopularyzują większą liczbę pacjentów i staną się kolejną klasą produktów wybuchowych po chemikaliach małocząsteczkowych i lekach opartych na przeciwciałach.

Materiały referencyjne:

1.http://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=e28268d4b63ddb3b22270ea1763b2892&site=xueshu_se

2. https://www.biospace.com/article/releases/wave-life-sciences-announces-initiation-of-dosing-in-phase-1b-2a-focus-c9-clinical-trial-of-wve- 004-in-amyotrophic-lateral-sclerosis-and-frontotemporal-demencja/

3. Liu Xi, Sun Fang, Tao Qichang;Mistrz Mądrości.„Analiza zdolności patentowej leków zawierających kwasy nukleinowe”

4. CICC: leki na kwasy nukleinowe, nadszedł czas

Produkty powiązane:

Zestaw Cell Direct RT-qPCR

Zestaw do bezpośredniego PCR z ogonem myszy

Zestaw Animal Tissue Direct PCR