Fortschritte in der Chemie und der Lieferung bringen Oligonukleotidmedikamente über seltene Krankheiten hinaus.

Jahrzehntelange Arbeit an der RNA-Zielverfolgung, chemischen Modifikationen und gewebespezifischer Verabreichung verändert, was programmierbare genetische Medikamente behandeln können und wohin sie als nächstes gehen könnten.

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In einer aktuellen Übersicht, die in der Fachzeitschrift Cell Reports Medicine veröffentlicht wurde, untersuchte eine Gruppe von Autoren die Mechanismen, chemischen Modifikationen, Lieferstrategien, klinischen Entwicklungen und zukünftige Anwendungen von therapeutischen Oligonukleotiden als genetischen Medikamenten.

Hintergrund

Zum Zeitpunkt des Schreibens hatten 21 therapeutische Oligonukleotide eine behördliche Genehmigung erhalten, von denen zwei später zurückgezogen wurden. Dies zeigt einen neuen Ansatz bei der Behandlung genetischer Krankheiten. Therapeutische Oligonukleotide sind chemisch modifizierte Nukleinsäure-Moleküle, die entwickelt wurden, um die Genexpression zu verändern, indem sie mit einer spezifischen ribonukleinsäure (RNA) sequenz interagieren. Antisense-Oligonukleotide (ASOs) können den RNA-Abbau induzieren oder das Processing von prä-mRNA (pre-mRNA) verändern, während kleine interferierende RNAs (siRNAs) den Abbau von Ziel-mRNA fördern. Fortschritte bei chemischen Modifikationen und der Zustellung haben Stabilität, Wirksamkeit, Haltbarkeit und Zielgenauigkeit verbessert. Dennoch bestehen erhebliche Herausforderungen bei der Zustellung über die Leber hinaus, der Sicherheit und der Gestaltung individualisierter Behandlungen.

Molekulare Mechanismen und chemische Verfeinerung

Therapeutische Oligonukleotide enthalten in der Regel ein Phosphatgerüst, Ribosezucker und eine stickstoffhaltige Base. ASOs sind üblicherweise Einzelstrangmoleküle mit einer Länge von 15–30 Nukleotiden. Einige rekrutieren Ribonuklease H (RNase H), um die zielgerichtete RNA abzubauen. Andere wirken als sterische Blocker, indem sie an prä-mRNA binden und dadurch das Spleißen verändern, was die Proteinproduktion wiederherstellt oder Proteinisoformen umschaltet. siRNAs sind etwa 21 Nukleotide lang und arbeiten durch den RNA-induzierten Silencing-Komplex (RISC). Ihr Führungsstrang lenkt Argonaute 2 (Ago2) zu komplementärer mRNA, wodurch ein Schnitt gefördert wird. Mikrorna (miRNA)-Nachahmer nutzen verwandte RNA-Interferenz-Mechanismen, können jedoch mehrere Ziele regulieren. Kleinere aktivierende RNAs (saRNAs) und Antagomire werden kurz erörtert, um die Genexpression zu erhöhen.

Die chemische Modifikation ist entscheidend für den klinischen Fortschritt, denn unmodifizierte Desoxyribonukleinsäure (DNA) und RNA werden schnell abgebaut und ausgeschieden. Phosphorothioat (PS) Rückgratmodifikationen verbessern die Nukleasebeständigkeit, Proteinbindung und Gewebeaufnahme. Ribosemodifikationen, einschließlich 2′-Methoxyethyl (2′-MOE), Lockere Nukleinsäure (LNA) und eingeschränkte Ethyl (cEt), können Stabilität und Zielbindung erhöhen. Ein übermäßiger Einsatz von LNA und cEt wurde jedoch mit Lebertoxizität in Verbindung gebracht.

Phosphorodiamidat-Morpholino-Oligomere (PMOs) sind sehr nuklease-resistent und neutral, können jedoch aufgrund des Fehlens eines PS-Rückgrats eine schlechte systemische Bioverfügbarkeit aufweisen. Für siRNAs verbessern 2′-O-Methyl (2′-OMe), 2′-Fluor (2′-F) und erweiterte Nukleinsäure (exNA) Modifikationen Stabilität und Aktivität, während spezifische Muster die RISC-Funktion erhalten helfen.

Die Lieferung bleibt ein Hauptproblem

Oligonukleotide sind relativ groß und negativ geladen, sodass sie die Zellmembranen nicht leicht überschreiten können. Eine effektive Therapie erfordert Schutz vor Abbau, Vermeidung von Clearance, Zugang zu Zielgeweben, Zellaufnahme und Flucht aus Lysosomen. Die lokale Verabreichung kann einige Barrieren umgehen. Beispiele für genehmigte oder zuvor genehmigte Therapien sind die intravitrealen Verabreichung ins Auge und die intrathekale Verabreichung an das zentrale Nervensystem (CNS). Bei der systemischen Verabreichung wird sie eingesetzt, wenn die Verteilung durch den Blutkreislauf das Zielgewebe erreichen kann. Die subkutane Verabreichung wird häufig verwendet, da sie weniger invasiv ist und kein Fachpersonal erfordert.

Lieferungssysteme umfassen Lipide, Polymere, anorganische Materialien, Peptide und biologisch abgeleitete Träger. Lipid-basierte Systeme sind klinisch fortgeschritten; Patisiran, eine siRNA-Therapie, die in einem Lipid-Nanopartikel formuliert wurde, wurde zur Behandlung von Transthyretin-vermittelter Amyloidose genehmigt. Ligandenkonjugate können eine selektive Lieferung ermöglichen. N-Acetylgalactosamin (GalNAc) bindet an den Asialoglykoprotein-Rezeptor (ASGPR), der hoch auf Hepatozyten exprimiert wird und GalNAc-Konjugate effektiv für die Leberzulieferung macht. Antikörper-Oligonukleotid-Konjugate haben klinische Prüfungen zur Muskelverabreichung erreicht, während Oligonukleotidansätze für den Transport über die Blut-Hirn-Schranke klinisch noch nicht erwiesen sind. Lipid-Konjugate werden für Anwendungen in der Leber, Muskulatur, CNS, Plazenta und Haut untersucht. Peptid-basierte Ansätze haben Potenzial für die Zellaufnahme und lysosomale Flucht gezeigt, aber die Toxizität hat einige klinische Entwicklungen eingeschränkt.

Klinischer Fortschritt und erweiterte Anwendungen

Zum Zeitpunkt der Übersicht hatten 21 therapeutische Oligonukleotide die behördliche Genehmigung der United States Food and Drug Administration (FDA), der Europäischen Arzneimittelagentur (EMA) und/oder der Pharmaceuticals and Medical Devices Agency (PMDA) in Japan erhalten, von denen zwei später zurückgezogen wurden. Die Genehmigungshistorie umfasst Therapien für spinale Muskelatrophie, Duchenne-Muskeldystrophie, erbliche transthyretin-amyloidosis, amyotrophe Lateralsklerose, Hypercholesterinämie, primäre Hyperoxalurie, Hämophilie und schwere Hypertriglyceridämie. Nusinersen erhöhte die Produktion des Überlebensmotorproteins bei spinaler Muskelatrophie und verringerte das Risiko von Tod oder permanenter Beatmung bei schwerer Typ-1-Erkrankung. Vier PMO-Therapien wurden für geeignete Duchenne-Muskeldystrophie-Mutationen über Exonspringstrategien genehmigt, aber bestätigende Beweise, dass diese Therapien den Krankheitsverlauf verlangsamen, fehlten weiterhin.

Inclisiran, ein GalNAc- konjugiertes siRNA, das proprotein convertase subtilisin/kexin Typ 9 (PCSK9) angreift, erzielte in Phase-3-Studien etwa 50%ige Reduktionen des LDL-Cholesterins (LDL-C), wobei die Effekte mindestens 18 Monate lang anhielten. Mikrorna-Nachahmer und saRNAs werden ebenfalls in frühen klinischen Studien untersucht. Weitere genehmigte siRNA-Therapien zielen auf Transthyretin, Laktatdehydrogenase A, Antithrombin und Apolipoprotein C3 ab.

Zukünftige Richtungen

Künstliche Intelligenz (KI) könnte die Zielauswahl, Sequenzdesign, chemische Modifikation, Verfeinerung der Lieferung, Herstellung und Sicherheitsbewertung unterstützen. Die Übersicht betont, dass KI das empirische Testen nicht ersetzen wird und von großen, qualitativ hochwertigen Datensätzen abhängt, einschließlich Informationen aus erfolglosen oder unsicheren Behandlungen. Therapeutische Oligonukleotide bewegen sich auch in Richtung individualisierter Behandlung. Milasen, entwickelt für einen Patienten mit CLN7-Batten-Krankheit, lieferte einen Nachweis des Konzepts, und seitdem wurden über 40 verschiedene ASOs für mehr als 80 Patienten entwickelt. Diese Ansätze erfordern beschleunigte Entwicklung, behördliche Verfahren, Infrastruktur, Monitoring und Datenaustausch.

Das Feld erweitert sich auch über seltene Krankheiten hinaus. Inclisiran hat eine Rolle bei der häufigen Hypercholesterinämie etabliert, während zusätzliche ASOs und siRNAs, die gegen PCSK9, ANGPTL3 und Apolipoprotein C3 (APOC3) gerichtet sind, in Entwicklung sind, und das lipoprotein(a)-senkende ASO Pelacarsen wird bei Patienten untersucht, die mit Inclisiran behandelt wurden. Die weitere Expansion wird von der Validierung nützlicher Ziele und der Überwindung der Lieferbarrieren zu zusätzlichen Geweben abhängen.

Fazit

Therapeutische Oligonukleotide haben sich von einem experimentellen Konzept zu einer etablierten therapeutischen Klasse genetischer Medikamente entwickelt, unterstützt durch Fortschritte in der Chemie, der Lieferung und im Verständnis der RNA-Biologie. Genehmigte ASOs und RNA-Interferenztherapien adressieren nun mehrere seltene und häufige Erkrankungen, während individualisierte Behandlungen die Flexibilität programmierbarer genetischer Medikamente demonstrieren.

Die Übersicht identifiziert die Lieferung über die Leber hinaus, die Verbesserung der Sicherheit, die Datenqualität, behördliche Prozesse und die Zielvalidierung als fortlaufende Prioritäten. KI könnte mehrere Entwicklungsphasen beschleunigen, aber empirisches Testen ist nach wie vor erforderlich. Weiterer Fortschritt in der Lieferung und Chemie könnte die Gewebe, Krankheiten und Patienten erweitern, die von diesen Therapien erreicht werden. Weitere Forschung ist notwendig, um die extraleberliche Lieferung zu verbessern und die Anwendungen zu erweitern.

Quellen: