Стартапы способствуют запуску новой волны мРНК-терапии

После триумфа Pfizer/BioNTech и Moderna в области вакцин множество стартапов направлено на разработку терапии на основе мРНК, кольцевой РНК и самоамплифицирующейся РНК.

▶ Читайте также: Начало испытаний вакцины против ВИЧ на основе технологии мРНК
 

Воодушевленный успехом мРНК-вакцин против COVID-19 французский фармацевтический гигант Sanofi в прошлом месяце объявил о планах выплатить 3,2 миллиарда долларов компании Translate Bio, специализирующейся на мРНК-препаратах. Этот шаг был сделан сразу после открытия Sanofi нового мРНК-центра передового опыта в области вакцин стоимостью 475 миллионов долларов в год и приобретением Tidal Therapeutics, трехлетнего подразделения Центра исследований рака Фреда Хатчинсона, ориентированного на мРНК. Жесткая конкуренция может исходить не обязательно от производителей-гигантов мРНК-вакцины против COVID, но и от группы новых стартапов, каждый из которых создает технологии на основе РНК следующего поколения, предназначенные для решения уникальных проблем, связанных с использованием мРНК в качестве терапевтических средств.

Уже более десяти лет Moderna и многие другие представители фармацевтической отрасли преподносят мРНК в качестве перспективного препарата, который может превратить клетки организма в фабрики по производству белка. Молниеносная разработка вакцин против COVID-19 компаниями Moderna и Pfizer/BioNTech продемонстрировала мощь этого подхода относительно инфекционных заболеваний, но в качестве профилактической меры, а не для лечения. До сих пор ни один препарат-кандидат на основе мРНК, предназначенный для замены или дополнения дефицитного белка, связанного с заболеванием, не прошел испытания на людях, равно как и ни один продукт на основе мРНК, кодирующий ненативный терапевтический белок, такой как моноклональное или биспецифическое антитело или эндонуклеаза Cas для редактирования генов.

«Теперь, благодаря более глубокому пониманию РНК и инновационным способам создания молекулы, использование мРНК в качестве терапевтического средства выглядит более достижимым, чем когда-либо, — говорит Майкл Элерс, генеральный директор ATP (также известный как Apple Tree Partners). — Но это пока период становления, и есть много возможностей для инноваций».

Стремясь восполнить этот пробел в инновациях, Replicate Bioscience запустила в этом месяце планы по разработке конструкций самоамплифицирующихся РНК (саРНК) для предотвращения лекарственной устойчивости при различных видах рака и для лечения аутоиммунных заболеваний. Компания, которая дебютировала с финансированием в размере 40 миллионов долларов от ATP, присоединяется к стартапам в области синтетической биологии Strand Therapeutics и Kernal Biologics, а также к растущему списку других молодых фирм, сосредоточенных на кольцевых РНК. К ним относятся Rna Therapeutics, представленная в феврале с более чем 100 миллионами долларов; Laronde, запущенная в мае с 50 миллионами долларов; и Circ Bio, информации о которой нет в общем доступе.

Некоторые из особых проблем, связанных с созданием мРНК-препаратов по сравнению с вакцинами на основе мРНК, включают стабилизацию молекул для достижения длительных терапевтических эффектов и максимизации эффективности, минимизации воспалительной реакции в месте инъекции при одновременном достижении высоких уровней экспрессии белка. Что касается самого кодируемого белка, он должен быть функциональным с соответствующими посттрансляционными модификациями, сплайсингом и экспрессией в нужном месте клетки, без нецелевой экспрессии для исключения побочных эффектов.

Тем не менее, именно недолговечная природа молекулы, по мнению экспертов, является главной проблемой обычной мРНК. Нестабильная по своей природе мРНК склонна к ферментативной деградации внутри организма, а это означает, что большинство терапевтических средств, основанных на этой технологии, обычно остается внутри клеток только на несколько дней.

Этого времени может быть достаточно для достижения некоторых целей: например, для профилактических вакцин достаточно лишь небольшого всплеска выработки антигена, чтобы вызвать длительные иммунные реакции, но этого не достаточно для лечения хронических заболеваний, где требуется постоянная выработка белка. Повторное введение теоретически может решить проблему временной активности, но токсичность, связанная с самой мРНК и системами доставки липидных наночастиц, обычно исключает такие способы использования.

Одна из идей десятилетней давности для увеличения продолжительности экспрессии мРНК (при одновременном снижении переносимости) заключалась в доставке низких доз саРНК. Эти конструкции, полученные из векторов экспрессии альфавируса, содержат шаблоны РНК, которые кодируют терапевтические белки точно так же, как это делают обычные мРНК. Но они также содержат гены репликазы, которые позволяют РНК копировать себя в цитоплазме клетки. На сегодняшний день большая часть этой работы сосредоточена на вакцинах (вставка 1), но в принципе, та же стратегия должна работать и для персонализированных методов лечения рака (неоантигенные вакцины).

Вставка 1 | Самоамплифицирующиеся РНК-вакцины
Несколько самоамплифицирующихся РНК-вакцин прошли испытания на людях (в основном это касается COVID-19), и почти все они построены на основе одной системы экспрессии альфавируса, полученной из вируса венесуэльского энцефалита лошадей. Ожидается, что по сравнению с обычными мРНК-вакцинами более низкие дозы, теоретически необходимые для самоамплифицирующихся РНК-вакцин, могут иметь преимущества с точки зрения реактогенности в месте инъекции и большего количества доз вакцины, которые могут быть изготовлены для распространения. По крайней мере, от одного из этих кандидатов на роль агента против COVID-19 от VaxEquity отказались после того, как он не смог вызвать достаточный иммунный ответ, и соучредитель VaxEquity Анна Блэкни считает, что виноват вектор экспрессии. «Я думаю, что нужно просто поработать над его оптимизацией», — говорит Блэкни, биоинженер РНК из университета Британской Колумбии в Ванкувере, Канада. Некоторые компании в настоящее время совершенствуют молекулярный дизайн конструкций саРНК, пытаясь сделать именно это.

Например, компания BioNTech в сотрудничестве с партнерами из некоммерческой исследовательской организации TRON в Майнце, Германия, разработала стратегию трансамплификации, которая включает два вектора РНК: один самоамплифицируется с помощью механизма репликазы альфавируса, а другой представляет собой обычную нереплицирующуюся мРНК. «Два гена все еще работают вместе, но разделение конструкции на две отдельные РНК создает огромное преимущество в производстве, — объясняет генеральный директор BioNTech Угур Шахин. — Это связано с тем, что очень длинные транскрипты РНК, такие как самоамплифицирующиеся РНК, созданные специально для борьбы, скажем, с новым штаммом гриппа, могут быть трудны для быстрого производства в больших масштабах, в отличие от более коротких мРНК». По словам Шахина, при трансамплифицирующем подходе всегда требуется только один вид РНК, кодирующей репликазу. Таким образом, компании могут «держать его в запасе». Потом для каждого сезона гриппа или в случае новой зоонозной вспышки необходимо будет создавать заново лишь небольшое количество специально изготовленной мРНК.

В одном терапевтическом стартапе Replicate Bioscience генеральный директор Натаниэль Ванг и его коллеги пересматривали векторы экспрессии альфавирусов, лежащие в основе технологий саРНК. Их работа включала систематический скрининг более 15 различных видов альфавирусов, каждый из которых кодирует ряд различных трансгенов. Они обнаружили, что разнообразные вирусы лучше всего подходят для различных белковых нагрузок и различных терапевтических применений.

По словам Вана, совершенно новый, пока не раскрытый тип альфавируса лежит в основе ведущей линейки продуктов компании — серии вакцин против рака, предназначенных для предотвращения лекарственной устойчивости у пациентов, получающих иммунотерапию или таргетные онкологические препараты. В дополнение к основной структуре альфавируса ученые группы Replicate включили различные трансгены, специфичные для типа опухоли, каждый из которых кодирует до дюжины различных мутировавших белков, которые обычно вызывают резистентность при различных условиях.

Компания также работает над биотерапевтическими препаратами для лечения онкологических и иммунологических заболеваний. Благодаря улучшениям в дизайне векторов и систем доставки Ван ожидает достижения «скачков на порядки» в уровнях экспрессии и, следовательно, в эффективности по сравнению с тем, что возможно с традиционными моделями саРНК в клинических испытаниях сегодня.

Strand, со своей стороны, разрабатывает генетические схемы и низкомолекулярные химические индукторы, позволяющие более точно контролировать местоположение, время, интенсивность и продолжительность терапевтических механизмов платформы. Часть этой инженерии включает в себя модулирование последовательности и структурных элементов самого вектора саРНК, как Strand сделала для своего ведущего продукта — внутриопухолевой терапии, предназначенной для стимуляции воспалительной реакции в микроокружении опухоли (по условиям сделки, заключенной ранее в этом году, BeiGene имеет право на разработку и коммерческое использование иммуностимулирующего терапевтического средства на большинстве рынков Азиатско-Тихоокеанского региона).

Более того, как утверждает Бекрафт, компания не привязана к конкретной платформе. Хотя в первых продуктах Strand была задействована саРНК, саму по себе технологию можно применять для всех типов матричной РНК. В июне Strand анонсирует финансирование серии A в сумме 52 миллиона долларов.

Подобно Strand, Kernal Biologics, стартовый капитал которой в прошлом году составил 10,5 миллионов долларов, разрабатывает новые подходы в противоопухолевой мРНК-терапии. Но случай Kernal подразумевает два варианта инженерного подхода к мРНК. Во-первых, компания устраняет все мотивы в последовательностях, которые могут запускать распознавание Toll-подобными рецепторами (TLR), найденными в клетках человека, создавая то, что директор компании Йусуф Эркул назвал «скрытой мРНК». Далее Kernal конструирует молекулу мРНК так, чтобы она могла воспользоваться преимуществом измененной биологии рибосом в опухолевых тканях, дефицитных по p53.

Чтобы это осуществить, компания сосредоточилась на эпигенетических изменениях в рибосомах опухолевых клеток, лишенных функциональной версии p53. Такие рибосомы считывают стоп-кодоны, которые в норме останавливают процесс трансляции. По словам Эркула, путем создания мРНК с открытой рамкой считывания, расположенной за стоп-кодоном, компания создает терапию, работающую преимущественно в опухолевых тканях; в его неопубликованных данных описаны результаты экспериментов на борту Международной космической станции на клетках лейкоза и нормальных клетках, доказывающих, что конструкции сохраняют специфичность по отношению к опухолевым клеткам даже в стрессовых условиях микрогравитации, которые, как известно, изменяют биогенез рибосом. Эркул планирует представить эти результаты на Девятой Международной конференции по мРНК и вопросам здравоохранения в ноябре.

Вместо попыток усовершенствовать дизайн традиционных мРНК ряд компаний сделали выбор в сторону создания другого терапевтического конструкта — кольцевой РНК. У таких смежных колец одноцепочечной РНК отсутствуют кэпы и полиаденозиновые хвосты, на которых обычно закрепляются ферменты, разрушающие РНК. Как говорит Дэниэл Андерсон, биоинженер в Массачусетском институте технологий в Кембридже и научный сооснователь Orna, ее не настолько быстро «пережевывают», что приводит к более устойчивой и длительной экспрессии белка. В отличие от линейных мРНК, которые сканируются рибосомами с 5′-конца, кольцевые РНК для усиления выработки белка должны привлекать аппарат трансляции с помощью внутренних последовательностей входа в рибосомы.

В Laronde эксперименты на мышах с применением разработанных компанией «бесконечных РНК» — так фирма назвала кольцевые РНК-конструкции — позволили получить постоянную экспрессию белка in vivo на протяжении многих недель и месяцев после единичного введения, как утверждает директор Диего Мираллес. «Мы верим, что это может оказать огромное влияние на наше мнение о белковой терапии, открыть целый мир возможностей лечить болезни и облегчать людские страдания», — говорит он.

Идея использования полученных генно-инженерными методами кольцевых РНК в качестве потенциальных терапевтических агентов появилась более 25 лет назад, но тогда стратегия так и не получила большого развития. Вирусолог Питер Сарноу, например, заявил об интеллектуальной собственности на платформу после того, как в 1995 году было показано, что кольцевая РНК может способствовать усилению выработки белка в клетках человека, но его учреждение, университет Колорадо в Денвере, тогда прекратило действие патента из-за отсутствия коммерческого интереса. «Облом!» — говорит Сарноу, теперь уже в Стэнфордской университетской школе медицины.

Позже, когда ограничения линейной мРНК стали очевидны, предприниматели снова обратили свои взоры на кольцевые РНК. «Они заинтересовали людей как никогда ранее», — говорит Мэнни Арес, исследователь РНК в университете Калифорнии, Санта-Круз, которая в 1990-е годы разработала одни из первых методов синтеза кольцевой РНК.

В дополнение к пролонгированной динамике экспрессии кольцевой РНК директор Ornо Барнс указывает на ряд других преимуществ платформы по сравнению с линейной мРНК. Для начала, ее производство более экономично. «Поскольку РНК аутокаталитически с высокой эффективностью замыкаются в кольца, — говорит он, — исчезает необходимость в дальнейших этапах с использованием дорогих реагентов. Нет копирования, нет образования полиаденинового хвоста», — утверждает он, имея в виду химические модификации на 5′- и 3′-концах молекул мРНК.

Кольцевые РНК могут также избегать врожденных иммунных реакций с добавлением модифицированных нуклеотидов или без него, что также повышает экономичность. Кроме того, как отмечает Барнс, в технологии можно задействовать длинные последовательности — вплоть до пяти или даже десяти тысяч оснований, как показали Андерсон и Александр Вессельхофт, сооснователь Orna и директор отдела молекулярной биологии; это может открыть новые терапевтические возможности.

«На мой взгляд, это намного лучше», — говорит Роберт Крузе, врач-ученый из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, о кольцевой РНК. Даже несмотря на то, что Крузе принадлежат патенты на технологию, он сохраняет осторожность насчет того, предлагает ли платформа нечто большее, нежели небольшие преимущества по сравнению с линейной мРНК. По его словам, период полужизни — огромное преимущество, но Крузе не уверен, действительно ли платформа создаст новые пути терапевтического применения.

Тем временем, некоторые компании находят новое терапевтическое применение для мРНК, работая с уже существующими технологиями. Например, в Intellia Therapeutics все терапевтические подходы компании с редактированием генома in vivo основаны на мРНК, которые кодируют эндонуклеазный фермент Cas9. (Другие вместо этого традиционно использовали вирусные векторы или рибонуклеопротеиновые комплексы для доставки аппарата CRISPR.)

В июне компания сообщила о результатах, полученных на пациентах с редким смертельным заболеванием — транстиретиновым амилоидозом, — которые получали инфузии редактирующего геном РНК-конструкта. Данные показали, что мРНК успешно дали начало активным белкам Cas9, которые разрезают ДНК в специфической последовательности-мишени — месте, которое определяется генно-тнженерной направляющей РНК, которая в комбинации с мРНК помещалась в липидные наночастицы, нацеленные на печень. Tерапия ввела мутации со сдвигом рамки считывания в генах, связанных с заболеванием, в клетках печени, что вызвало снижение уровней циркулирующего аберрантного белка.

Примечательно, что в этом контексте транзиторность природы мРНК желанна и не является недостатком. «Я просто хочу иметь импульсную экспрессию белка Cas9», — говорит Лаура Сепп-Лопенцино, директор Intellia. В противном случае фермент может запустить иммунный ответ или дать побочные эффекты. «Для меня, — утверждает она, — небольшая длительность экспрессии — это именно то, чего я ищу».

То же верно и для Джоффри фон Малцзаха, директора Tessera Therapeutics и генерального партнера в Flagship Pioneering. Tessera использует белок из аппарата траспозиции мобильных генетических элементов для создания вставок-мишеней терапевтических последовательностей в геноме. В продуктах компании, находящихся на доклиническом этапе, этот белок также закодирован в мРНК. «Мы живем в год нуклеиновых кислот, — говорит фон Малцзах, — и существует огромная степень координации между технологиями на основе разных платформ. В царстве “генотворчества” и более обширной области геномной медицины мы видим, что будущее определенно основано на технологиях РНК-терапии».

Санофи и другие также очень рассчитывают на такое будущее.

Как указывает Эхлерс, направленная доставка мРНК в большинство органов и тканей остается трудной задачей, которая «будет ограничивать практическое применение и назначения». «Но мы видим много поводов для оптимизма», — говорит он. Лекарства на основе мРНК «станут новым терапевтическим классом — это несомненно».