RNA Therapeutika

In den vergangenen Jahrzehnten haben RNA-basierte Therapeutika zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere bei Erkrankungen mit genetischer Ursache bieten Oligonukleotidketten einen vielversprechenden Therapieansatz – häufig sogar erstmals eine gezielte Behandlungsoption. Derzeit werden zwei Hauptstrategien zur gezielten Modulation von RNA eingesetzt: die durch doppelsträngige RNA vermittelte Interferenz (RNAi) sowie Antisense-Oligonukleotide (ASO). Beide Ansätze befinden sich aktuell in klinischer Prüfung zur gezielten Beeinflussung krankheitsrelevanter RNAs, beispielsweise bei onkologischen und neurodegenerativen Erkrankungen. antibodies-online unterstützt Sie bei der Entwicklung RNA-basierter Therapeutika. Wir bieten ModDetect™-Panels an, die den Nachweis spezifischer chemischer Modifikationen unabhängig von Sequenz oder Position der Modifikation ermöglichen. Sie eignen sich zur Evaluierung verschiedener RNA-Therapiemodalitäten sowie unterschiedlicher Nukleinsäurestrukturen. Entdecken Sie die Panels direkt oder erfahren Sie im Folgenden mehr.

Herausforderungen in der therapeutischen Herstellung

Aufgrund ihrer Sequenzspezifität kann eine Oligonukleotid-Therapie prinzipiell gegen jede mRNA und somit gegen jede durch Gen-Knockdown behandelbare Erkrankung eingesetzt werden. Der Einsatz von Oligonukleotiden ist jedoch mit potenziellen Herausforderungen verbunden, wie beispielsweise dem vergleichsweise schnellen Abbau von RNA im Blutkreislauf sowie der gezielten Aufnahme des Therapeutikums – vorzugsweise in erkrankte Zellen oder Gewebe eines Organismus.

Die Weiterentwicklung der medizinischen Chemie von Oligonukleotiden war maßgeblich für die kontinuierlich verbesserte klinische Leistungsfähigkeit von ASOs. ASOs sind oligomer aufgebaut und bestehen aus Nukleotid-Analoga. Da ASOs so konzipiert werden können, dass sie über unterschiedliche Mechanismen nach der RNA-Bindung wirken, wurden zahlreiche Designstrategien untersucht. Mit der Identifizierung neuer molekularer Wirkmechanismen sowie erweiterten Erkenntnissen zu Verteilung, zellulärer Aufnahme, subzellulärer Lokalisation und unterschiedlichen Toxizitäten werden die Designs zunehmend komplexer.

Produkt-Highlight: Rockland ModDetect® Panels

Diese Oligonukleotide enthalten häufig eine oder mehrere strukturelle Modifikationen, die ihre Stabilität, Aufnahme und Wirksamkeit erhöhen, jedoch möglicherweise auch das Risiko von Toxizitäten steigern. Die Abstimmung des Modifikationsgrades auf die Effektivität des therapeutischen Kandidaten führt oftmals zu umfangreichen Oligonukleotid-Bibliotheken, was den zeitlichen Aufwand für das Screening sowie die damit verbundenen Reagenzienkosten erhöht. Traditionell galten ISH-basierte Assays als einzige Methode zum Nachweis und zur Lokalisation von Oligonukleotiden in Zellen und Geweben im Rahmen der Entwicklung nukleinsäurebasierter Therapeutika. Da ISH jedoch kurze therapeutische Oligosequenzen nicht zuverlässig binden und detektieren kann und für jeden Oligonukleotidkandidaten individuelle Sonden erforderlich sind, bleibt der Prozess der Sondenentwicklung und Kandidatenselektion zeit- und kostenintensiv.

Die ModDetect™-Panels von Rockland stellen gebrauchsfertige, immunoassay-basierte Alternativen dar, die einen robusten Nachweis und die Lokalisation therapeutischer Oligonukleotide ermöglichen und dadurch die Erhebung ADME-relevanter Analysedaten für regulatorische Zulassungsverfahren unterstützen. Der universelle Charakter sowie die hohe Spezifität und Sensitivität dieser Reagenzien machen individuelle Sonden überflüssig und beschleunigen die Kandidatenselektion. Dies ermöglicht eine kosteneffiziente, risikoarme Lösung, die die Entwicklungszeit um 9–12 Monate verkürzen kann.

Available Moddetect® Panels

ModDetect™ Phosphorothioat (PS) Panel

Das ModDetect™ Phosphorothioat (PS) Panel ermöglicht den antikörperbasierten Nachweis PS-modifizierter Oligonukleotide, die häufig in der therapeutischen Entwicklung eingesetzt werden. PS-Modifikationen verbessern die Nuklease-Resistenz sowie pharmakokinetische Eigenschaften, sind jedoch mit sequenzspezifischen analytischen Methoden nur schwer zu erfassen. Dieses Panel erkennt die PS-chemische Verknüpfung selbst und erlaubt dadurch eine sequenzunabhängige Analyse verschiedener Oligonukleotid-Designs. Die Antikörper sind mit gängigen Immunoassays kompatibel, einschließlich ELISA, Immunfluoreszenz und gewebebasierten Anwendungen. Die Reagenzien unterstützen Biodistributions-, Lokalisations- und quantitative Studien in Forschung und präklinischer Entwicklung. Learn more

ModDetect™ Phosphorothioat (PS) Biotinyliertes Panel

Das ModDetect™ Phosphorothioat (PS) Biotinyliertes Panel wurde für Immunoassay-Workflows entwickelt, die eine biotinvermittelte Bindung oder Detektion erfordern. Es ermöglicht eine modifikationsspezifische Erkennung von PS-Verknüpfungen und bietet gleichzeitig flexible Assay-Konfigurationen. Die Biotinylierung unterstützt den Einsatz in Sandwich-ELISAs, plattenbasierten Capture-Assays sowie streptavidinbasierten Formaten. Dieses Panel erlaubt den sequenzunabhängigen Nachweis PS-modifizierter Oligonukleotide über verschiedene therapeutische Modalitäten hinweg. Es eignet sich besonders für quantitative und vergleichende bioanalytische Anwendungen in Forschung und präklinischen Studien. Learn more

ModDetect™ 2′-O-Methoxyethyl (MOE) Panel

Das ModDetect™ 2′-O-Methoxyethyl (MOE) Panel ermöglicht den antikörperbasierten Nachweis MOE-modifizierter Oligonukleotide, die zur Erhöhung von Stabilität und Verträglichkeit eingesetzt werden. MOE-Modifikationen werden häufig in Antisense- und RNA-basierten Therapeutika integriert, sind jedoch mit konventionellen Assays nur schwer zu analysieren. Dieses Panel richtet sich direkt gegen die MOE-spezifische chemische Struktur und erlaubt eine sequenzunabhängige Analyse verschiedener Oligonukleotid-Designs. Die Antikörper sind mit ELISA-, Immunfluoreszenz- und gewebebasierten Assays kompatibel. Die Reagenzien unterstützen Biodistributions-, Lokalisations- und quantitative Untersuchungen in Forschungs- und präklinischen Workflows. Learn more

ModDetect™ 2′-O-Methoxyethyl (MOE) Biotinyliertes Panel

Das ModDetect™ 2′-O-Methoxyethyl (MOE) Biotinyliertes Panel unterstützt Immunoassay-Formate, die eine biotinbasierte Bindung oder Detektion erfordern. Es weist die gleiche modifikationsspezifische Erkennung auf wie das nicht konjugierte MOE-Panel und erweitert gleichzeitig die Flexibilität im Assay-Design. Die Biotinylierung ermöglicht die Integration in Sandwich-ELISAs sowie streptavidinbasierte Plattformen. Dieses Panel erlaubt den sequenzunabhängigen Nachweis MOE-modifizierter Oligonukleotide über verschiedene therapeutische Modalitäten hinweg. Es eignet sich besonders für quantitative und vergleichende Studien in Forschung und präklinischer Entwicklung. Learn more

ModDetect™ 2′-O-Methyl (OMe) Panel

Das ModDetect™ 2′-O-Methyl (OMe) Panel ermöglicht den antikörperbasierten Nachweis OMe-modifizierter Oligonukleotide über verschiedene Nukleinsäuremodalitäten hinweg. OMe-Modifikationen werden häufig eingesetzt, um die Stabilität zu erhöhen und die Immunaktivierung zu reduzieren, lassen sich jedoch mit sequenzabhängigen Methoden nur eingeschränkt analysieren. Dieses Panel erkennt die OMe-spezifische chemische Modifikation selbst und erlaubt somit eine sequenzunabhängige Bewertung. Die Antikörper sind mit gängigen Immunoassays kompatibel, einschließlich ELISA, Immunfluoreszenz und gewebebasierten Assays. Die Reagenzien unterstützen Studien zur Verteilung, Lokalisation und vergleichenden Leistungsbewertung von Oligonukleotiden. Learn more

Medizinische Chemie von Oligonukleotiden: Modifikationen und ihre Vorteile

Die Phosphorothioat-(PS)-Modifikation wird breit in allen wichtigen Klassen von ASOs sowie in sämtlichen chemisch modifizierten siRNAs eingesetzt. Der Ersatz eines nicht-überbrückenden Sauerstoffatoms durch ein Schwefelatom verändert die physikochemischen Eigenschaften des Phosphats in wesentlicher Weise. Da das Schwefelatom etwa doppelt so groß ist wie das Sauerstoffatom, unterscheiden sich Ladungsverteilung, Bindungswinkel und Bindungslängen der PS-Verknüpfungen deutlich von denen der Phosphodiester-(PO)-Bindungen. Die Schwefel-Substitution verteilt die Ladung stärker und macht das Phosphat „lipophiler“, wodurch die Bindung an Proteine erleichtert wird. Für Proteine, die PS-Gruppen zur Bindung von ASOs benötigen, sind in der Regel mindestens zehn dieser Modifikationen erforderlich, um relevante Proteininteraktionen zu ermöglichen. Die durch PS-Substitutionen verstärkte Proteinbindung ist von entscheidender Bedeutung, da die Proteinbindung einzelsträngiger PS-ASOs eine zentrale Rolle bei Absorption, Verteilung, zellulärer Aufnahme, intrazellulärer Verteilung, Aktivität und Toxizität von PS-ASOs spielt.

Modifikationen an der 2′-Position des Riboserings werden häufig eingesetzt, um die Stabilität von Oligonukleotiden zu erhöhen und ihre Resistenz gegenüber Nukleaseaktivität in vivo zu verbessern. RNA-Oligonukleotide, die unter Verwendung von 2′-MOE-Modifikationen (Phosphoramidite) synthetisiert wurden, weisen eine erhöhte Nuklease-Resistenz, eine geringere Toxizität sowie leicht erhöhte Hybridisierungsaffinitäten auf. Dadurch eignen sie sich besonders für therapeutische in vivo-Anwendungen wie ASOs, siRNAs und Aptamere. 2′-O-Methyl-Nukleotide bieten aufgrund ihrer kinetischen und thermischen Eigenschaften zusätzliche Vorteile. 2′-O-Methyl-Oligoribonukleotid-Sonden binden schneller an RNA-Zielsequenzen und erreichen bei unterschiedlichen Sondenlängen deutlich höhere Schmelztemperaturen (Tm). Aufgrund der stark erhöhten Tm bei Bindung an RNA können 2′-O-Methyl-Oligoribonukleotid-Sonden effizient an doppelsträngige Bereiche strukturierter RNA-Moleküle binden. Die erhöhte Tm, die schnellere Hybridisierungskinetik, die Fähigkeit zur Bindung an strukturierte Zielmoleküle sowie die gesteigerte Spezifität machen 2′-O-Methyl-Oligoribonukleotid-Sonden den entsprechenden 2′-Desoxy-Oligoribonukleotiden in RNA-detektionierenden Assays überlegen.

2′-MOE-modifizierte Oligonukleotide zeigen eine Gewebeverteilung, die der von Phosphorothioat-Oligodeoxynukleotiden (PS ODNs) ähnelt, weisen jedoch im Vergleich zu PS ODNs eine geringere Toxizität auf. Darüber hinaus reduziert die 2′-MOE-Substitution proinflammatorische Effekte signifikant.

Die therapeutische Anwendbarkeit der siRNA-vermittelten Gen-Silenzierung hängt maßgeblich von Verbesserungen der molekularen Biostabilität, Spezifität und zielgerichteten Abgabe ab. Diese Anforderungen können durch die Modifikation von siRNA mit Locked Nucleic Acid (LNA) erfüllt werden, einem Nukleinsäureanalogon mit außergewöhnlich hoher Bindungsaffinität. LNA bietet eine hervorragende Spezifität gegenüber komplementären RNA- und DNA-Oligonukleotiden. Die Integration von LNA erhöht die Serumhalbwertszeit von siRNAs deutlich, was eine zentrale Voraussetzung für den therapeutischen Einsatz darstellt. Zudem ist LNA mit der intrazellulären siRNA-Maschinerie kompatibel und kann zur Reduktion unerwünschter, sequenzbedingter Off-Target-Effekte beitragen. Aufgrund dieser bemerkenswerten Eigenschaften findet LNA Anwendung in verschiedenen Gen-Silencing-Strategien sowohl in vitro als auch in vivo.

Zuverlässiger Nachweis modifizierter Oligos

In den Produktionsprozessen therapeutischer Wirkstoffe ist eine strenge und konsistente Qualitätskontrolle von entscheidender Bedeutung. antibodies-online unterstützt gemeinsam mit Rockland Immunochemicals Ihre Qualitätskontrollprozesse in der Entwicklung. Die ModDetect™ Panels von Rockland sind spezialisierte Reagenzienpanels, die zur Detektion von Oligo-Modifikationen unabhängig von Sequenz oder Position der Modifikation entwickelt wurden. Dadurch eignen sich die ModDetect™ Panels für die Entwicklung oligonukleotidbasierter Therapeutika, die Entwicklung von mRNA-Impfstoffen sowie für die Erforschung genetischer Erkrankungen oder der Genexpression.

Kontaktieren Sie unsere Expertinnen und Experten bei antibodies-online und Rockland, um Antikörper gegen Oligo-Modifikationen zu besprechen, die individuell auf Ihre Anforderungen zugeschnitten sind.

---

Referenzen

1. Iwamoto, Butler, Svrzikapa, Mohapatra, Zlatev, Sah, Meena, Standley, Lu, Apponi, Frank-Kamenetsky, Zhang, Vargeese, Verdine: "Control of phosphorothioate stereochemistry substantially increases the efficacy of antisense oligonucleotides." in: Nature biotechnology, Vol. 35, Issue 9, pp. 845-851, (2017) (PubMed).
2. Crooke, Wang, Vickers, Shen, Liang: "Cellular uptake and trafficking of antisense oligonucleotides." in: Nature biotechnology, Vol. 35, Issue 3, pp. 230-237, (2017) (PubMed).
3. Derbis, Kul, Niewiadomska, Sekrecki, Piasecka, Taylor, Hukema, Stork, Sobczak: "Short antisense oligonucleotides alleviate the pleiotropic toxicity of RNA harboring expanded CGG repeats." in: Nature communications, Vol. 12, Issue 1, pp. 1265, (2021) (PubMed).
4. Crooke, Liang, Baker, Crooke: "Antisense technology: A review." in: The Journal of biological chemistry, Vol. 296, pp. 100416, (2021) (PubMed).
5. Crooke, Baker, Crooke, Liang: "Antisense technology: an overview and prospectus." in: Nature reviews. Drug discovery, Vol. 20, Issue 6, pp. 427-453, (2021) (PubMed).
6. Majlessi, Nelson, Becker: "Advantages of 2'-O-methyl oligoribonucleotide probes for detecting RNA targets." in: Nucleic acids research, Vol. 26, Issue 9, pp. 2224-9, (1998) (PubMed).
7. Elmén, Thonberg, Ljungberg, Frieden, Westergaard, Xu, Wahren, Liang, Ørum, Koch, Wahlestedt: "Locked nucleic acid (LNA) mediated improvements in siRNA stability and functionality." in: Nucleic acids research, Vol. 33, Issue 1, pp. 439-47, (2005) (PubMed).
8. Chery: "RNA therapeutics: RNAi and antisense mechanisms and clinical applications." in: Postdoc journal : a journal of postdoctoral research and postdoctoral affairs, Vol. 4, Issue 7, pp. 35-50, (2016) (PubMed).
9. Korobeynikov, Lyashchenko, Blanco-Redondo, Jafar-Nejad, Shneider: "Antisense oligonucleotide silencing of FUS expression as a therapeutic approach in amyotrophic lateral sclerosis." in: Nature medicine, Vol. 28, Issue 1, pp. 104-116, (2022) (PubMed).
10. Dovgan, Koniev, Kolodych, Wagner: "Antibody-Oligonucleotide Conjugates as Therapeutic, Imaging, and Detection Agents." in: Bioconjugate chemistry, Vol. 30, Issue 10, pp. 2483-2501, (2020) (PubMed).