«ارسال آر‌ان‌ای پیام‌رسان از طریق نانوذرات لیپیدی به بیضه: درمانی نوین برای اختلالات ژنتیکی اسپرم‌سازی»

«توقف همگن بلوغ بیضه (Uniform testicular maturation arrest)، شکل شدیدی از ناباروری مردانه است که با حضور سلول‌های جنسی مشخص می‌شود که فرآیند تکامل اسپرم‌سازی (اسپرماتوژنز) را کامل نمی‌کنند. این وضعیت معمولاً ناشی از توقف میوز (Meiotic arrest) به دلیل تغییرات ژنتیکی است و درمان آن از طریق دارو یا جراحی دشوار می‌باشد. تحویل mRNA از طریق نانوذرات لیپیدی (LNP)، یک گزینه درمانی نویدبخش برای توقف بلوغ ناشی از واریانت‌های تک‌ژنی، از طریق روش “درمان جایگزینی پروتئین” محسوب می‌شود.
در این مطالعه، یک نانوذره لیپیدی با تمایل بالا به اسپرماتوسیت‌ها (Pool1-LNP3) از طریق غربالگری کتابخانه‌ای شامل ۳۰ لیپید یونیزه‌شونده شناسایی شد. نشان داده شد که تحویل درون‌تنی (in vivo) این ترکیب جدید LNP با استفاده از میکرواینجکشن در شبکه بیضه (rete testis)، هدف‌گیری بالای اسپرماتوسیت‌ها را همراه با کارایی انتقال (transfection efficiency) بالا فراهم می‌کند. پس از آن، مشخص شد که تحویل درون‌تنی Pool1-LNP3 حاوی mRNA ژن Msh5، می‌تواند تشکیل کراس‌اور (crossover) را تقویت کرده و فرآیند اسپرم‌سازی را در مدل‌های موش Msh5D486Y/D486Y که دارای نقص در نوترکیبی شکست دو رشته‌ای DNA (DSB) هستند، بازیابی کند.
شایان ذکر است که نتاج (فرزندان) بدون ادغام ژنومی، با استفاده از روش تزریق درون‌سیتوپلاسمی اسپرم (ICSI) مشتق شده از موش‌های نجات‌یافته Msh5D486Y/D486Y و انتقال جنین متولد شدند. علاوه بر این، نشان داده شد که Maps mRNA-LNP3 توانسته است اسپرم‌سازی را در موش‌های Knockout (KO) ژن Maps که دچار توقف میوز بودند، بازیابی کند. در مجموع، این یافته‌ها نشان می‌دهند که روش تحویل mRNA-LNP با تمایل به اسپرماتوسیت، می‌تواند به یک استراتژی عملی و کارآمد برای درمان اختلالات اسپرم‌سازی ناشی از نقص‌های ژنتیکی تبدیل شود و پایه‌ای برای کاربردهای بالینی در آینده فراهم کند.»

Uniform testicular maturation arrest is a severe form of male infertility characterized by the presence of germ cells that do not complete spermatogenic development. It is usually caused by meiotic arrest with genetic variants and is difficult to treat via drugs or surgery. mRNA-lipid nanoparticle (LNP) delivery is a promising therapeutic option for maturation arrest with monogenic variants via protein replacement therapy. Herein, a spermatocytes-tropic LNP (Pool1-LNP3) was identified via a library of 30 ionizable lipids screening. And in vivo delivery of this novel LNP composition using rete testis microinjection was shown to be high spermatocytes targeting with high transfection efficiency. Thereafter, it was revealed that in vivo delivery of Pool1-LNP3 encapsulating Msh5 mRNA could promote crossover formation and restore spermatogenesis in Msh5D486Y/D486Y mouse models with DNA double-strand break (DSB) recombination defects. Notably, the offspring without genomic integration was born using intracytoplasmic sperm injection (ICSI) derived from the rescue of Msh5D486Y/D486Y mouse and embryo transfer. In addition, it was demonstrated that Maps mRNA-LNP3 recovered spermatogenesis in Maps KO mouse with meiotic arrest. Altogether, these findings suggested that this spermatocyte-tropic mRNA-LNP delivery could become a viable and applicable strategy for the treatment of spermatogenic disorders with genetic defects, providing a foundation for future clinical application.