A abordagem da transfeção reversa representa uma adaptação metodológica essencial para células senescentes, superando as barreiras fundamentais que essas células impõem aos métodos padrão de transfeção. Diferentemente da transfeção direta, na qual as células são semeadas previamente e deixadas aderirem antes da adição dos complexos de transfeção, a transfeção reversa envolve a adição de células em suspensão diretamente sobre complexos pré-formados de mRNA de hTERT com lipídeos. Essa técnica aumenta drasticamente a eficiência de transfeção em células senescentes, maximizando a exposição aos complexos de transfeção durante a fase crítica de adesão, quando a remodelação da membrana é mais ativa.
A mudança conceitual central do protocolo é tratar as células senescentes como um problema distinto de entrega, e não apenas como versões difíceis de transfectar de células jovens. Na senescência, alterações globais na composição lipídica da membrana, incluindo fosfolipídios, esfingolipídios e colesterol, modificam a fluidez da membrana, a curvatura e as interações proteína-lipídio, ao mesmo tempo em que contribuem para o fenótipo secretório associado à senescência1,2,3. As células senescentes também apresentam redução da endocitose mediada por clatrina e caveolas e alterações no tráfego endocítico, impulsionadas em parte pela subexpressão da anfifisina-1 e mudanças compensatórias na expressão da caveolina, o que atenua a captação e sinalização mediadas por receptores4,5,6. Paralelamente, o eixo do endossomo tardio-lisossomo regulado pela Rab7 e a rede mais ampla endossomal-autofágica-lisossomal (EAL) tornam-se disfuncionais, com a Rab7 atuando como reguladora principal da maturação endolisossomal e da fusão autofagossomo-lisossomo, processos perturbados no envelhecimento e na neurodegeneração7.
Células senescentes frequentemente regulam positivamente múltiplos componentes do sistema de processamento e adaptação lisossomal (LYPAS), incluindo a biogênese lisossomal mediada por TFEB/TFE3 e a autofagia mediada por chaperonas, aumentando assim a massa lisossomal. No entanto, lisossomos individuais frequentemente apresentam pH luminal elevado, danos na membrana e capacidade proteolítica alterada, contribuindo para a disfunção lisossomal apesar de sua abundância aumentada8,9,10,11. Em conjunto, essas alterações podem direcionar material internalizado de forma mais eficiente para compartimentos endolisossomais degradativos, aumentando a probabilidade de que o RNA ou proteína entregue seja degradado antes da liberação produtiva no citosol9,10,11. A transfeção reversa direciona-se diretamente à janela mais precoce em que as membranas estão em remodelação, durante a adesão, forçando um contato sustentado e de alta afinidade entre as células e os complexos de mRNA-lipídio, contornando pelo menos parcialmente a endocitose em estado estacionário prejudicada em células senescentes totalmente aderidas4,5,6,12.
Do ponto de vista do design do RNA, o protocolo parte do princípio de que, em um contexto de envelhecimento, uma simples base com cap e cauda é insuficiente: a modificação completa dos nucleosídeos (por exemplo, pseudouridina ou N1‑metilpseudouridina mais 5‑metilcitosina) é considerada imprescindível para desacoplar a tradução da detecção pelos receptores tipo Toll endossomais e da indução do interferon tipo I. Estudos fundamentais demonstraram que a incorporação de nucleosídeos modificados no RNA suprime a ativação de TLR3, TLR7 e TLR8 e reduz acentuadamente a produção de citocinas pelas células dendríticas, fornecendo uma base mecanicista para a menor imunogenicidade inata das atuais plataformas de mRNA com nucleosídeos modificados13. Revisões mais recentes sobre vacinas mRNA–LNP e medicamentos baseados em mRNA enfatizam a engenharia coordenada do cap 5′, das UTRs, da sequência codificante e da cauda poli(A) para aumentar a estabilidade e a tradução in vivo, ao mesmo tempo que se minimiza a ativação da imunidade inata14. Em particular, o comprimento e a arquitetura da cauda poli(A) surgiram como determinantes-chave da estabilidade e do rendimento traducional do mRNA transcrito in vitro, o que tem motivado o uso de designs poli(A) alongados ou engenheirizados em mRNA terapêutico15.
Sobreposto a isso, o protocolo incorpora explicitamente proteção contra RNases extracelulares e endossomais durante a formação e captação dos complexos, juntamente com uma janela definida de escape endossomal utilizando um agente lisossomotrópico transitório, como a cloroquina16,17. A cloroquina tem sido amplamente utilizada como sonda funcional para barreiras endossomais e pode aumentar significativamente o engajamento com o alvo e o silenciamento por siRNA ou oligonucleotídeos antissenso, promovendo a ruptura da membrana endossomal e a liberação da carga de ácidos nucleicos no citosol18. Ao mesmo tempo, imagens de células vivas e de super-resolução de mRNA entregue por LNPs demonstraram que a entrega produtiva é fortemente limitada por eventos raros de escape de endossomos iniciais/recicláveis, e não pela captação inicial em si, destacando a importância de projetar deliberadamente uma etapa de escape endossomal para terapêuticas baseadas em mRNA19.
Coletivamente, essas alterações associadas à senescência nas dinâmicas da membrana, no tráfego endocítico, no processamento lisossomal e na ativação da imunidade inata criam barreiras substanciais para a entrega eficiente de mRNA. A estratégia de transfeção reversa descrita aqui foi desenvolvida para superar essas limitações, combinando engenharia otimizada de mRNA, proteção contra RNases, escape endossomal aprimorado e exposição direta de células em adesão a complexos pré-formados de mRNA e lipídios. Embora o mRNA de hTERT seja utilizado como carga modelo, o fluxo de trabalho é amplamente aplicável à entrega de outros transcritos terapêuticos de mRNA de grande porte em populações celulares senescentes e difíceis de transfectar20,21,22.