El ARN autoamplificador (saRNA), también denominado ARN autorreplicante (srRNA), es un tipo de molécula de ARNm diseñada para replicarse a sí misma dentro de las células huésped, mejorando la expresión de proteínas y potenciando la respuesta inmunitaria, lo que la convierte en una herramienta prometedora para vacunas y otras aplicaciones terapéuticas. Como ARNm de "próxima generación", el saRNA está diseñado para lograr una mayor expresión de proteínas con una dosis reducida en comparación con el ARNm convencional. [1] [2] [3] A diferencia del ARNm convencional, que tiene una vida media corta y una capacidad limitada para expresar proteínas durante un tiempo prolongado, el saRNA puede mantener la expresión de proteínas durante períodos más prolongados. Los saRNA se basan en virus de ARN monocatenario positivo, más comúnmente alfavirus como el virus de la encefalitis equina venezolana .
Las vacunas convencionales de ARN mensajero (ARNm) solo producen una cantidad finita de proteína debido a la corta vida media del ARNm. El ARNm alarga la cinética de expresión mediante un segundo marco abierto de lectura que codifica la maquinaria proteica necesaria para su propia replicación. Esta autorreplicación aumenta drásticamente tanto la cantidad de ARN como el tiempo de expresión. En consecuencia, la cantidad de proteína producida a partir de la dosis inicial se reduce en comparación con el ARNm convencional. [1] [2]
La estructura del saRNA incluye dos componentes clave: [4]
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El ARNsa codifica la maquinaria para replicar y amplificar el ARNm en su marco de lectura abierto (mostrado en naranja), que es la ARN polimerasa dependiente del ARN viral (RdRp). Se trata de un único polipéptido de proteínas no estructurales virales que se procesa en los cuatro componentes proteicos de la ARN polimerasa dependiente del ARN (nsp1, nsp2, nsp3 y nsp4).
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Esta secuencia codifica la proteína de interés, utilizada como antígeno en el caso de vacunas o para terapias de reemplazo proteico. El gen de interés reemplaza las proteínas estructurales virales. La ARN polimerasa codificada por las proteínas no estructurales, transcribe el gen de interés a partir de un promotor específico (el promotor subgenómico ). Este ARNm subgenómico que codifica el gen de interés se produce en niveles altos y está cubierto por un componente proteico de las proteínas no estructurales.
La naturaleza autorreplicante y amplificadora del ARNsa da como resultado altos niveles de expresión de proteínas incluso en dosis pequeñas, lo que mejora significativamente la respuesta inmunitaria. Además, las vacunas de ARNsa se pueden fabricar más rápidamente y a un menor costo en comparación con las vacunas tradicionales. El ARNsa también ofrece estabilidad al inducir una respuesta inmunitaria prolongada, lo que potencialmente proporciona una protección más duradera. Además, esta tecnología versátil se puede adaptar para una amplia gama de aplicaciones, incluidas las enfermedades infecciosas, la inmunoterapia contra el cáncer y los trastornos genéticos.
La pandemia de COVID-19 ha acelerado la investigación sobre tecnologías basadas en ARN, incluido el ARNsa. Por ejemplo, las vacunas de ARNsa dirigidas al SARS-CoV-2 han mostrado resultados prometedores en estudios preclínicos, lo que indica respuestas inmunitarias fuertes y duraderas con efectos adversos mínimos. [5] [6] [7] Recientemente, una vacuna de refuerzo de ARNsa contra la COVID desarrollada por Arcturus ( ARCT-154 ) recibió la aprobación total para su uso en adultos por parte del Ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar de Japón. [8]
El ARNsa también se está explorando para la terapia génica. Su capacidad para producir altos niveles de proteínas terapéuticas lo convierte en un candidato prometedor para el tratamiento de trastornos genéticos en los que se necesita la sustitución de proteínas. [9]
Si bien la tecnología del ARNsa es muy prometedora, también enfrenta varios desafíos. La administración eficiente y segura del ARNsa en las células objetivo sigue siendo un obstáculo crítico, y actualmente se están optimizando las nanopartículas lipídicas (LNP) y otros sistemas de administración para abordar este problema. También es importante garantizar la seguridad a largo plazo del ARNsa, y la investigación en curso se centra en minimizar los posibles efectos secundarios y reacciones inmunitarias. Se han utilizado otros vehículos de administración en ensayos clínicos para promover la inflamación útil para la producción de anticuerpos, como la formulación de nanotransportador catiónico LION. [10] Esto se ha utilizado en la vacuna GEMCOVAC-19 con el ARNsa adsorbido en la superficie de la emulsión de nanolípidos LION y ha recibido una licencia de emergencia en la India. [11]
Un desafío con los saRNA como terapia sigue siendo la producción de interferón a partir de la respuesta inmune innata. [12] Se ha afirmado que los nucleósidos modificados son incompatibles con la replicación del saRNA. [13] Sin embargo, para evitar la inducción de la respuesta inmune innata, se han desarrollado formatos de saRNA más nuevos que incorporan sustituciones de nucleósidos modificados como 5-metilcitosina , 5-metiluridina , N1-metilpseudouridina (el mismo nucleósido utilizado en las vacunas de ARNm COVID de Moderna y Pfizer/Biontech) con diferentes grados de eficacia. [12] [14] [15] En dosis bajas (10 ng/ratón), un estudio encontró que el uso del nucleósido 5-metilcitosina en la síntesis tenía una expresión proteica 5 veces mayor que el saRNA sin modificar, que a su vez tenía una expresión 100 veces mayor que el saRNA sustituido con N1-metilpseudouridina. [12] Al mismo tiempo, este estudio encontró que el uso de saRNA modificado sin modificar resultó en aumentos significativos en la expresión de IFNα e IFNβ después de 6 h. [12] Por el contrario, el saRNA modificado había reducido la expresión de interferón. Específicamente, el saRNA modificado con 5-metilcitosina y 5-hidroximetilcitidina había reducido la expresión de IFNα1 8,5 veces y de IFNβ1 3 veces respectivamente.