Budúcnosť terapií mRNA

minút

4 Aug, 2025

Aurelie Demont

Technológia mediátorovej ribonukleovej kyseliny (mRNA) v posledných rokoch dospela, a je pripravená na transformáciu širokého spektra biomedicínskych aplikácií.

Táto technológia sa vyvíjala už celé desaťročia, celosvetovo sa však presadila počas pandémie ochorenia COVID-19, keď sa používala ako základ naliehavo potrebných vakcín. Vývoj terapií mRNA stále naráža na rôzne technologické a výrobné výzvy, ktoré bránia jej rozšírenému prijatiu. Vďaka nedávnej situácii však táto technológia zásadne ovplyvnila významné terapeutické oblasti v biomedicínskom sektore vrátane onkológie, imunológie, genetických porúch a infekčných a chronických chorôb. Vznik terapií mRNA bol čiastočne stimulovaný súčasným pokrokom v oblasti technológií presných prístrojov a merania. Aj keď vakcíny pravdepodobne zostanú základnou aplikáciou technológie mRNA, iné aplikácie, ako napríklad editovanie génov a náhrada proteínov, budú mať pravdepodobne rovnako transformačné účinky. Tento článok sa zameriava na zlepšenia v oblasti efektívnosti vývoja terapie mRNA a na to, akým spôsobom budú môcť technológie mRNA dosiahnuť svoj potenciál ako významné terapie v rámci širokej škály stavov.

„Analytické prístroje od spoločnosti METTLER TOLEDO zjednodušujú presné meranie kľúčových parametrov, akými napríklad sú čistota a koncentrácia, ktoré sú kľúčové na optimalizáciu výnosu a zabezpečenie integrity produktu v rámci terapeutík mRNA.“
Dr. Hans-Joachim Muhr, Segment Business Development Manager

Technológie mRNA zaznamenali v posledných rokoch rýchly pokrok. Je to spôsobené predovšetkým úspešným prekonaním významných výrobných prekážok a logistických výziev súvisiacich so skladovaním, distribúciou a implementáciou v reálnom svete.

Stabilita

mRNA je prirodzene nestabilná molekula, ktorá je veľmi citlivá na teplotu a náchylná na spontánnu autohydrolýzu. To má vplyv na jej odolnosť počas prepravy, skladovania a terapeutickej aplikácie. Aby mRNA zostala stabilná, musí sa skladovať pri veľmi nízkych teplotách, časom však môže degradovať, a to dokonca aj v optimálnych podmienkach.

Imunogenicita

Exogénna RNA je imunogénna, čo znamená, že terapie mRNA môžu spôsobovať závažné imunitné reakcie, ktoré presahujú požadovanú reakciu na cieľový antigén a predstavujú významnú prekážku ich implementácie u ľudí. Úprava uridínových báz a vytvorenie sekvencií na zníženie množstva dvojvláknovej RNA pomáha obmedzovať nežiaducu imunogenicitu. Táto oblasť však ostáva ako dôležitá otázka, na ktorú sa musia budúce receptúry zamerať. Zvyšková DNA použitá pri výrobe terapií mRNA, ktorá sa z receptúr neodstráni, môže významne prispievať k nežiaducim imunitným reakciám príjemcov.

Efektivita translácie

Aby mali terapie mRNA terapeutický účinok, musí dochádzať k ich translácii pomocou endogénnych translačných mechanizmov. Včasné iterácie terapií mRNA však trpeli neefektívnou rýchlosťou translácie, čím sa znižovala účinná terapeutická dávka.

Prekážky vo výrobe

Veľkovýrobu mRNA obmedzujú náklady na činidlá a zložité technické procesy. Mimoriadne nákladným krokom je úprava koncovej časti RNA, ktorá si vyžaduje veľké množstvo drahých činidiel. Činidlá používané v minulosti na úpravu koncovej časti taktiež vykazovali nízku účinnosť úpravy uzatvárania. Ich výsledkom boli molekuly mRNA bez možnosti aplikácie translácie

Pokroky od zavedenia vakcíny proti ochoreniu COVID

Formáty mRNA

Molekuly mRNA sa v súčasnosti vyrábajú v rôznych formátochvrátane kruhovej RNA a autoamplifikačnej RNA. Vďaka týmto formátom je možné prekonať problémy so stabilitou, imunogenicitou a dávkovaním. Zlepšenia v oblasti optimalizácie kodónov pomohli vyriešiť problémy s translačnou účinnosťou a štrukturálnou stabilitou.

Výrobné inovácie

Vznik nových činidiel na úpravu koncovej časti odstránil významnú prekážku pri veľkovýrobe mRNA. K rýchlejším vývojovým cyklom okrem toho výrazne prispievajú aj všeobecné vylepšenia v oblasti automatizácie laboratórií, skladovania, váženia a analytických prístrojov. Inovácie takisto umožnili realizáciu špecifických procesov, ktoré si v minulosti vyžadovali samostatné reakcie v jedinom výrobnom kroku. Napríklad transkripciu in vitro a úpravu koncovej časti možno v súčasnosti vykonávať v rovnakej zmesi, čím sa zjednodušujú výrobné postupy.

Aplikačné systémy

Rýchly pokrok sa dosiahol v aplikačných systémoch mRNA, a to najmä v oblasti lipidových nanočastíc (LNP). Aplikačné systémy LNP pomáhajú zachovať stabilitu mRNA počas aplikácie a znižovať imunogenicitu.

Spoločnosť METTLER TOLEDO ponúka automatizované platformy na transkripciu mRNA in vitro, ktoré pomáhajú znižovať náklady a eliminovať bežné kontaminanty. Ponúka aj spoľahlivé riešenia na výrobu PEG lipidov používaných v LNP a poskytuje spektrofotometrické nástroje UV/VIS na kontrolu kvality počas vývoja terapie mRNA.

Zrýchlenie dizajnu

Umelá inteligencia (AI) nadobúda čoraz väčší význam pri automatizácii návrhu vakcíny mRNA, a urýchľuje proces vývoja optimalizáciou výberu efektívnych a stabilných sekvencií mRNA. Napríklad jeden nástroj umelej inteligencie umožnil vývoj vakcíny proti ochoreniu COVID s dlhšou skladovateľnosťou, pričom táto vakcína v porovnaní s predchádzajúcimi metódami návrhu vyvolala silnejšiu imunitnú odpoveď. Umelá inteligencia sa môže použiť aj na optimalizáciu sekvencií iných aplikácií než vakcín mRNA.

Pokročilá presná technológia a automatizácia

Vývoj terapií mRNA prebieha v prostredí, ktoré je veľmi konkurenčné a náročné na čas, a preto je pokrok v oblasti analytických laboratórnych nástrojov kľúčový na dosiahnutie úspechu. Moderné presné technológie pomáhajú zabezpečovať presnosť a rýchlosť vývoja týchto špičkových technológií, skracujú čas potrebný na uvedenie na trh a pomáhajú spoločnostiam zosúladiť sa s priemyselnými a regulačnými normami. Spoločnosť METTLER TOLEDO ponúka systémy automatizovaného riadenia reaktorov vrátane systémov na in vitro transkripciu mRNA, ktoré výrazne zvyšujú efektivitu vývoja terapií mRNA. Tieto systémy znižujú variabilitu procesu vývoja a zabezpečujú jeho opakovateľnosť a škálovateľnosť.

Zrýchlené predklinické testovanie

Automatizácia prináša revolúciu v efektívnosti a presnosti pracovných postupov v celom sektore biologických odborov. Je mimoriadne účinná pri automatizácii vysokovýkonných analýz vrátane bunkových prístupov. Analýzy na báze buniek slúžia ako základ na testovanie rôznych parametrov vakcín mRNA počas ich vývoja. To zahŕňa testovanie konštruktov mRNA na výrobu antigénu, imunogenicitu antigénu a bunkovú toxicitu. Testovanie toxicity je rozhodujúce pre vývoj každej novej terapie, je však obzvlášť dôležité na pochopenie vplyvu nových receptúr a stratégií aplikácie v rámci terapií mRNA.

Zrýchlené klinické testovanie

Mnohé vakcíny mRNA navrhnuté počas pandémie COVID boli naplánované na zrýchlené schválenie; technologické vylepšenia však umožnili aj zrýchlené klinické testovanie týchto modelov. Umelá inteligencia pomáha zjednodušovať dizajn a vykonávanie klinických skúšaní tým, že umožňuje výber vhodnejších kohort, optimalizuje nábor pacientov a skvalitňuje analýzu údajov na presnejšiu identifikáciu vzorcov a výsledkov. Pokrok v oblasti analytických prístrojov naďalej zlepšuje pracovné postupy výroby vrátane presného váženia činidiel a analytických testov vrátane hmotnostnej spektroskopie, ktorá sa používa na overovanie kvality technológií mRNA. Tieto vylepšenia pomáhajú výskumným pracovníkom dodržiavať regulačné požiadavky a eliminovať bežné príčiny oneskorení a neúspešnosti klinických skúšaní.

Vývoj vakcín mRNA počas pandémie COVID-19 uvoľnil cestu na aplikáciu technológie mRNA v mnohých ďalších oblastiach.

Onkológia

Vzhľadom na svoju genetickú nestabilitu sa u rakovín často vyskytujú neoantigény, ktoré ich odlišujú od zdravého tkaniva. To znamená, že imunitný systém môže byť vyškolený na ničenie rakovinových buniek, podobne ako pri ničení invazívnych patogénov. Vakcíny mRNA proti rakovine fungujú tak, že aplikujú mRNA, ktorá kóduje špecifické rakovinové antigény, ktoré zase školia imunitný systém, aby rozpoznal a napádal rakovinové bunky. Vakcíny mRNA predstavujú špičkovú technológiu pre prispôsobené zdravotnícke prístupy k liečbe rakoviny a v súčasnosti prebieha viac ako sto klinických skúšaní zameraných na hodnotenie terapií mRNA na liečbu rôznych typov rakoviny.

Infekčná choroba

Technológie mRNA majú potenciál na rýchle vytvorenie návrhu a vývoj, vďaka čomu sú neuveriteľne užitočné pri liečbe infekčných chorôb. mRNA môže teoreticky kódovať prakticky neobmedzený počet jedinečných proteínov. To znamená, že sa dá ľahko použiť pri riešení problému nových patogénov, napríklad počas pandémie COVID-19, ale umožňuje ich využitie aj pri rýchlo sa vyvíjajúcich ochoreniach, ako sú HIV a vírusy chrípky. Vakcíny mRNA by mohli urýchliť každoročný vývoj vakcín proti chrípke, uvoľniť prostriedky a zabezpečiť efektívne nasadenie vakcín. Vakcína na báze mRNA proti vírusu Epstein-Barrovej je vo fáze klinického skúšania I.

Autoimunitné ochorenia

Tieto ochorenia sa vyskytnú vtedy, keď imunitný systém napadne zdravé hostiteľské tkanivo. Technológie mRNA by mohli byť implementované na vyvolanie imunitnej tolerancie a zabránenie zápalovým reakciám voči vlastným antigénom alebo špecifickým typom tkanív. Pomocou kódovania proteínov alebo peptidov, ktoré modulujú imunitné reakcie, môžu terapie mRNA podporovať tvorbu regulačných imunitných buniek alebo tolerogénnych proteínov. Terapia na báze na báze mRNA od spoločnosti Moderna, ktorá kóduje interleukín 2 na rozšírenie populácií T-regulačných buniek, je v súčasnosti vo fáze klinického vývoja.

Genetické poruchy

Technológia mRNA sa doposiaľ zameriavala predovšetkým na jej využitie vo vakcínach a na posilnenie imunitného systému na ochranu pred infekčnými ochoreniami. Technológia mRNA je však neuveriteľne všestranná a možno ju použiť aj v iných aplikáciách. Mnohé ochorenia vznikajú v dôsledku tvorby nesprávne fungujúcich proteínov spôsobených základnými genetickými mutáciami. Terapia mRNA umožňuje aplikovať pacientom zdravé kópie mRNA, ktoré sa potom vďaka translácii menia na funkčné proteíny. To by mohlo byť obzvlášť dôležité pri ochoreniach, akým je napríklad cystická fibróza (CF), ktoré vznikajú v dôsledku mutácií v jedinom géne a ktorých mutačný priestor je dobre definovaný. To by umožnilo prechodnú liečbu stavu, pravdepodobne by to však neposkytovalo trvalý prínos v porovnaní s integrujúcimi génovými terapiami. V súčasnosti prebieha počiatočné štádium klinického skúšania na hodnotenie vplyvu mRNA kódujúcej zdravé kópie kauzálneho proteínu v CF na zlepšenie funkcie pľúc.

Technológiu mRNA je okrem toho možné využiť na aplikáciu nástrojov na úpravu génov (napríklad systém CRISPR-Cas9) na liečbu rôznych genetických porúch. Tento prístup možno využiť buď priamou aplikáciou terapie pacientom, alebo úpravou ich buniek mimo tela a ich následným opätovným zavedením.

Regeneratívna medicína

Terapiu mRNA možno využiť v regeneratívnej medicíne na kódovanie proteínov, ktoré pomáhajú pri oprave tkanív alebo nasmerujú opravné mechanizmy tela do konkrétnych oblastí. Tento prístup by mohol byť v kardiológii revolučný, keďže poškodené srdcové tkanivo sa nehojí tak efektívne ako iné tkanivá v tele. Tento prístup môže v porovnaní s génovou terapiou ponúkať výhody, pretože umožňuje úpravu dávkovania na základe individuálnych potrieb pacienta a po zahojení poškodeného tkaniva ho možno prerušiť.

Cukrovka

mRNA by sa mohla použiť na rôzne spôsoby liečby cukrovky. Jednou z možností je použiť mRNA na poskytnutie beta buniek s pokynmi na regeneráciu a na zvýšenie proliferácie a diferenciácie prekurzorov beta buniek. Sľubné výsledky boli pozorované u myší, u ktorých injekcia mRNA podporovala hojenie diabetických rán. mRNA by sa mohla použiť aj na úpravu génov, čo by pomohlo vyriešiť prípady cukrovky genetického pôvodu.

Výzvy, ktoré treba prekonať

Napriek pokroku v technológii mRNA a zlepšeniam v oblasti efektívnosti jej výroby nie je táto technológia ani zďaleka optimalizovaná a ešte stále ostáva vyriešiť mnoho zásadných oblastí.

Pomalá výroba

V súčasných procesoch nie sú plne implementované automatizácia a kontinuálne spracovanie, čo vedie k pomalšiemu terapeutickému vývoju mRNA. Neefektívnosť výroby môže takisto zvýšiť počet cyklov zmrazovania a rozmrazovania, ktorým je mRNA počas vývoja vystavená, čím sa znižuje výnos výroby a ovplyvňuje kvalita.

Skladovanie

Výroba mRNA vo väčšom rozsahu naráža na problémy s dlhodobým skladovaním. Lyofilizácia sa ukázala ako spôsob skladovania terapií so zapuzdrenou mRNA pri vyšších teplotách, čo môže pomôcť zmierniť logistické problémy v distribučnom reťazci. Je však známe, že tento spôsob skladovania ovplyvňuje účinnosť zapuzdrenia.

Náklady

Automatizácia pomôže znížiť náklady na veľkovýrobu. Výroba mRNA špecifickej pre pacienta v menšom meradle však bude pravdepodobne aj naďalej veľmi nákladná a náchylná na neefektívnosť výroby v menšom objeme. To by mohlo obmedziť používanie mRNA v oblasti personalizovanej medicíny s menším vplyvom na aplikácie, akými sú napríklad veľké vakcinačné programy.

Imunogenita a toxicita

Ďalšou výzvou, ktorú je potrebné prekonať, aby sa z terapeutických formulácií mRNA odstránili nevhodné imunostimulačné molekuly, je škálovanie procesov kontroly kvality (napríklad chromatografia). Niektoré systémy na aplikáciu mRNA majú tendenciu akumulácie v pečeni, čo vedie k pečeňovej toxicite. Preto je dôležitý vývoj technológií, ktoré sa zameriavajú na LNP na špecifické orgány.

Spoločnosť METTLER TOLEDO poskytuje pokročilé prístroje na váženie a analytické vybavenie, ktoré pomáhajú zabezpečovať presnosť počas pracovných postupov vývoja terapie mRNA. Naše automatizované riešenia okrem toho obmedzujú variabilitu a uľahčujú efektívne škálovanie procesov, čím sa znižujú náklady a podiel rizika ľudských chýb. Tieto platformy súhrnne znamenajú, že spoločnosť METTLER TOLEDO ponúka priamu výrobu mRNA s efektívnym využitím prostriedkov, ktorá sa uskutočňuje prostredníctvom partnerstiev so spoločnosťou Agilent, ako aj lídrom v oblasti robotiky – spoločnosťou ABB.

Moderné laboratórne prístroje zohrávajú kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní regulačné zhody tým, že poskytujú presnosť potrebnú na vývoj pokročilých terapií. Špičkové analytické platformy navyše podporujú nadväznosť údajov, konzistentnosť a zabezpečenie kvality, t. j. parametre, ktoré sú nevyhnutné na dodržiavanie regulačných noriem počas celého procesu vývoja.

Keďže technológie mRNA napredujú a stávajú sa čoraz praktickejšími terapeutickými aplikáciami, potreba regulačnej štandardizácie je čoraz naliehavejšia. Odchýlky vo výrobnom procese môžu viesť k neprijateľným hladinám imunostimulačných kontaminantov, ako je napríklad šablóna DNA používaná na výrobu mRNA. V dôsledku neistoty regulačných požiadaviek je okrem toho pre spoločnosti náročné efektívne riadiť klinické a predklinické testovanie. Aj keď došlo k inováciám mikrofluidických systémov na zapuzdrenie mRNA, žiadny štandardizovaný proces neexistuje a postupy sú prispôsobené pre konkrétne zariadenia. Implementácia štandardizovaných analytických techník na testovanie a výrobu technológií mRNA pomôže zaistiť bezpečnosť, účinnosť a konzistentnosť týchto terapií od rôznych výrobcov. Objasnenie metód zlatého štandardu ochrany zjednoduší rozhodovanie a umožní vo väčšej miere sústrediť úsilie na odstránenie prekážok vo výrobe a skúmanie nových terapeutických spôsobov.

vedec sa pozerá na obrazovku počítača a usmieva sa

Technológia mRNA už spôsobila revolúciu vo vývoji vakcín a jej potenciál siaha ďaleko za hranice infekčných chorôb. Vďaka pokroku v oblasti stability mRNA, aplikačných systémov a efektívnosti výroby sú terapie mRNA pripravené na transformáciu onkológie, autoimunitných ochorení, zriedkavých genetických ochorení a chronických stavov, akými sú cukrovka a srdcovo-cievne ochorenia. Napriek týmto vzrušujúcim možnostiam je potrebné vyriešiť kľúčové výzvy, akými sú imunogenicita, neefektívnosť veľkoobjemovej výroby a kontrola kvality, aby sa plne odhalil terapeutický potenciál mRNA. S pokračujúcim výskumom a vývojom regulačných noriem sa technológia mRNA postupne stáva všestranným a výkonným nástrojom v modernej medicíne, ktorý ponúka nádej na personalizovanú liečbu a efektívnejšie riešenia zdravotnej starostlivosti.

Návrhy k hľadaniu