The Translational Mixer

Episode 1: Pete Kirkpatrick, mRNA therapeutics and Espresso Martinis

Andy Marshall Season 1 Episode 1

Send us a text

Pete Kirkpatrick,  Chief  Editor of  Nature  Reviews  Drug  Discovery, gives Andy and JC the lowdown on a  Nature Conference  on RNA  therapeutics and what innovations he is seeing in the field of mRNA therapies.

01:44 Nature conference on RNA therapies
08:11 Differences between mRNA therapeutics and mRNA vaccines
14:24 mRNA chemistries
18:08 mRNA manufacturing
22:05 mRNA delivery
27:21 Delivering LNPs to organs other than liver
34:25 Targeting RNA with small molecules
39:35  RNA-guided CRISPR, base and prime editing therapies
48:35 Pete’s tipple



Pete's tipple of choice: 

Expresso Martini
1.5 Oz vodka, 1 Oz coffee liqueur, 1.5 Oz espresso.
Shake over large ice cubes for 10-12 sec and strain into a Martini glass. 
Garnish with roasted coffee beans.
(N.B. Ideally, 1.5 Oz of espresso should come from ~20 g of ground coffee.)


The Mixer music “Pour Me Another” courtesy of Smooth Moves!

01:44 Nature conference on RNA therapies

08:11 Differences between mRNA therapeutics and mRNA vaccines

14:24 mRNA chemistries

18:08 mRNA manufacturing

22:05 mRNA delivery

27:21 Delivering LNPs to organs other than liver

34:25 Targeting RNA with small molecules

39:35  RNA-guided CRISPR, base and prime editing therapies

48:35 Pete’s tipple

 

Andy Marshall: Welcome  to  The Mixer. I'm  your  host Andy  Marshall. I'm here with my friend Juan Carlos  Lopez.  

Juan Carlos Lopez: Hello  Andy,  how  are  you  doing?  

Andy: So what's  the  big  idea  behind  the  podcast?  

JC: Well,  Andy,  during  our  tenure at Nature,  as  editors of Nature Biotech and Nature  Medicine,  we had  the  privilege of  interacting  with  a  lot  of  great  scientists  who  have  made  important  contributions  to  drug  discovery,  to  translational  science, and  we  thought  it  would  be  a  good  idea  to  sit  down  with  them,  share  a  cocktail,  and  have  an  interesting  conversation  that  we  can  share  with  our  listeners.  

Andy: Great.  So, who's  our  first  guest?  

JC: Today  we  have  Peter Kirkpatrick,  an  old  friend, Chief  Editor  of  Nature  Reviews  Drug  Discovery.  He's..fresh  from  a  conference  on RNA  therapeutics,  and  he's  going  to  give  us  the  lowdown  on  that  subject.  

Andy: Great,  let's  get  stuck  in.  –

JC: Let's  do  it.  (music)  - 

Andy: So  Pete,  such  a  pleasure  to  have  you  here  with  us.  And  thanks  for  coming  all  the  way  down  to  New  York  from  the  dark woods  of  Worcester, Massachusetts.  So you've  just spent , what  is  it, a  couple  of  days  up  at this  conference? 

Pete Kirkpatrick: Yeah,  it's  been  a  couple  of  days.  And  thanks  very  much  for  the  invitation.  It's  a  pleasure  to  be  here  on  what  looks  like  a  day  in  London.  

Andy: Yeah,  for  our  listener,  it's  kind  of  pouring  down  cats  and  dogs  outside. So  this  meeting  essentially  was  put  on  by  Nature  with  a  couple  of  companies  wasn't  it?

01:44 Nature conference on RNA therapies

Pete: yeah , so it was put on by Nature  and Alnylam and Moderna, and  it  was  hosted  at  Worcester  Polytechnic  Institute  which has a  quite  close  relationship  with the  University  of  Massachusetts  yeah  so  and  I  think  yeah  they  had  a  lot  of  the  kind  of  pioneers  actually  over  all  kinds  of  RNA  platforms.

You  know,  we  had  people  from  siRNA, there  was  a  lot  of  obviously  a  lot  of  people  from  Alnylam,  from  John Maraganore, who's  recently retired  as Alnylam CEO, you  know,  and  there  was  a  strong  presence  from  Moderna  as  well.

And  yeah,  and  people  also  working  on  all  types  and  flavors  of  base  editors,  you  know,  CRISPR,  and  just  a  huge  diversity  of  platforms. But  also,  I  guess,  you  know,  this  kind  of  common  thread  amongst  the  platforms,  which  is  really  how  to  deliver  whatever  it  is  you're  trying  to,  to  where  it  needs  to  be.

And  particularly  if  that  turns  out  to  be  beyond  the  liver,  then,  that  was  the  kind  of  key  topic  of  conversation.  

Andy: Interesting. How  much  of  the  conference  do  you  think  was — I'm  only  asking  this  because  Moderna  was  one  of  the  organizers — how  much of  it  was  about  mRNA vaccines  and how much about mRNA therapeutics?  

Pete: Surprisingly little was about  mRNA  vaccines.  I  think  perhaps  reflecting  that  there  has  been  so  much  debate  in  the  past  couple  of  years  that  if  you  didn't  know  about  mRNA  vaccines  now,  you've  probably  been  living  under  a  rock. But  yeah,  there  was  certainly  some  discussion  on.. the  next  opportunities for mRNA  in  various  areas  where  you  might  be  able  to  apply  them  as  therapies.

I mean,  actually,  just  coming  to  that,  one  thing  that  was  kind  of  fascinating,  so  one  of  the  speakers  there  was  Katie Kariko, it  was  perfect  timing. When  she  agreed  to  make  a  presentation  there,  she  hadn't  won  the  Nobel  Prize,  but  obviously  quite  recently  she  did.  So it was great  to  see  her at the  meeting , even  though  it  sounded  like  she  had  an  incredibly  busy  schedule  doing  all  of  the  things  she  needed  to  do  for  the  Nobel  people.

She mentioned in  her  presentation, which  was  a  fascinating  tour  of  the past 50 years research  on  mRNA, that —just  before  she  joined  BioNTech in  2013 after  a long  stream  of  academic  things  at UPenn which  didn't  work  out for  one  reason  or  other and that  people  were not  recognizing  the  importance  of  the work she  was  doing — that she  was  one  of  the  organizers  of  the International mRNA Health Conference. And  actually  at  that  point  in time  in  2013, vaccines didn't  feature. 

So  you know you  never  really  know  exactly  when  things  are  going  to  be  important  and  which directions  things  will  go  in.  But, at  that  time,  everybody  was  thinking  about  opportunities  for  mRNA  therapies  in  various  different  directions. Yeah,  so  it  was  a  discussion  topic. I mean, I think,  most  of  the  things here,  I  think trying  to  work  out  how  to  optimize  various  aspects  of  the  mRNA  platform.  It's  fortuitous  in  some  ways  that  this  kind  of  pseudouridine modification  that  was  discovered  by  Katie Kuriko and  Drew Weissman, is a  little  bit  immunogenic; which  in  the  context  of  a  vaccine  is  desirable.

But  when  it  comes  to an mRNA  therapy,  you're  really,  you're  really  looking  to be  immunologically  silent.  And, there's  multiple  dimensions  that  people  are  working  to  optimize  mRNAs, partly  to  remain  hidden  to  the  immune  system,  but  also  to  deal  with  the  challenges  of  mRNA  stability,  which  is  going  to  be  very  important  for  getting  the  level  of  protein  expression  that  you  need  to  make  a  therapy.

There  were  some  very  interesting  presentations  that  talked  about  this  interplay  between  mRNA  structure  and  mRNA  codon  optimization  and  how  these  two  things  crosstalk. It's  really a multi -dimensional  problem.  You're  trying  to  control  lots  of  different  things. You  want  to  optimize  your  protein  expression,  but  also  you  need  your  mRNA  to  be  stable  in  a  vial  as  well  and  to  be  something  that  you  can  manufacture.

 And,  you  know,  all  of  these  things  and  these  complex  parameters  are  interlinked in the  mRNA  structure  because mRNA  has  a  tendency  to  form  secondary  and  tertiary  structures. And  also  the  kind  of  codon  chosen,  which  is  something  that  people  have  also used to try and optimize  protein  expression.  So  it  came  up  in  multiple  different  areas.

And  people  were  very  interested  in  it;.  what's  the  next  pseudouridine?  I  think  it  seems  that  most  of  the  mRNA  therapeutics  at  the  moment  are using a slight modification on the same theme. One is methyl  pseudouridine.  Somebody  specifically  asked,  "What's  the  next  pseudouridine?"  Katie Kariko’s answer  to  that  question  was,  "It's  all  about  chemistry,".  But  she  didn't  have  an  answer  to  that specific question. Its work for chemists to do. Yeah  chemistry  as  a  theme  was  a  really  common  thread  amongst  a  lot  of  the  presentations  across  platforms , particularly  some  very  nice  presentations  on  siRNA, which is an excellent  example  where the  first  generation  chemistry that got to the clinic is very different from that now. There’s been a tremendous amount of optimization  of siRNA  chemistry to get it where  it  is  now  from  where  it  was  in  2003. 

08:11 Differences between mRNA therapeutics and mRNA vaccines

Andy: One  of the things  that  I've  always  found  super  interesting  about  mRNA  as  a  therapeutic  is — and you  were  mentioning  the  secondary  structure  stuff Pete — its this enormous  molecule,  yeah?  I mean  thousands of bases  where  you  have  the  molecule  kind  of  pairing  back  on  itself,  and  you  have  these  loops,  and  this  all  relates  to  kind  of  stability  as  well.  So this  kind  of  secondary  structure  stuff  is  part  of  the  equation,  together  with  the  different  chemistries  that  you're  using, whether it's  pseudouridine or  5 methoxy pseudouridine,  you  know,  whichever  chemistry  that  they  come  upon.  But  I would ask for  our  listeners ‘ benefit  if we could take  a  few  steps  back  and  kind  of  think  about,  you  know,  what  are  the  main  differences  in  your  mind in developing an mRNA  therapeutic  poses  compared  with  an mRNA vaccine? Because they  are  really  different  challenges,  yeah?  

Pete: That's  an  excellent  question,  yeah. I  mean,  you  know,  I  think  there  are  commonalities  and  then  there  are  differences,  So,  yeah, I  think  with  the  vaccines  the immunogenicity built into mRNA and immune’s system’s ability to amplify the intervention I kind of  alluded  to  a  little  bit,  whereas,  in  the  case  of  the  therapeutics,  you're  really  trying  to  be  immunologically  silent.  But I  guess  in  both  cases,  you're  looking  to  achieve  a  reasonable  level  of  protein  expression.

The  question,  also  the  difference  rather,  I  guess,  really  when  it  comes  to  mRNA  medicines,  depends a  little  bit  on  what  your  application  is.  In  the  case  of  the  vaccines,  you  know,  the  longevity  of  protein  expression  maybe  doesn't  have  to  be  that  high  or  long. Whereas  depending  on  what  you're  intending  to  do  with  your  mRNA  therapy,  you  may  want  to  be  achieving  quite  a  reasonable  length  of  protein  expression.  And  I  guess  one  way  of  achieving  this  is  the  level  of  stability  of  the  mRNA  construct.

 So  yeah,  I  think  that's  going to be an area  of  focus;  how  to  improve  mRNA  stability,  but  also  how  to  improve  the  amount  of  proteins  being  made.

And,  you  know,  because  of  these  tightly  interlinked  things  between,  you  know,  the  secondary  and  tertiary  structure  that  the  mRNAs  are  adopting,  and  also  how  the,  you  know,  the  choice  of  codons you select interplays  with  this,  I  guess.  One thing  I  guess  perhaps  I  didn't  mention previously  was  that  the  problem  with  immunogenicity  to  some  extent,  you  know,  arises  from  the  presence  of  just  uridine  in  an  RNA,  which  is  recognized  by  the  immune  system  as  being  potentially  viral  or of viral origin.  And,  you  know,  that's  really  where  the  sort  of  pioneering  step of replacing  uridine is  the  thing  that  enables  the  delivery  mRNA exogenously enables you to  actually  do  something  constructive.  But  you know,  one  way  of  getting  rid  of  uridines  without  having  to  make  any modifications  to the base is  to  change  codon  choice. In some  cases,  you can change  the  codon  such  that you're  producing  the  same  amino  acid,  but  you're  not  using  a  uridine  in  the  codon.

 And  so,  yeah,  people  have  been  focusing  on  that,  I  think, correct  me  if  I'm  wrong,  Andy,  I  think  CureVac,  for  a  long  time,  had  been  very  much  about  codon  optimization for mRNA vaccines.  They  didn't  want  to  use  modified uridines  or  anything  like  this. They  wanted  to  stick  on  codon  optimization  as  their  strategy.  But I  think,  given what I've  seen (not  at  the  meeting)  relatively  recently,  it  seems  that  CureVac have opened  up  to  doing  both. 

Andy: Yeah,  it's  going  to  be  really  interesting  to  see how  the  different  chemistries  work  out.  I suspect  that  it's  going  to  be  a  different  chemistry  for  the  mRNA  therapeutics  compared  with  the  mRNA  vaccines. Did  you  get  that  impression?  

Pete: Yeah,  I  did.  I  think  there's  actually  also  some  other  stuff  that  this  is  actually  interesting  that  this  wasn't  a  huge  topic  at  the  meeting,  but  it  certainly  is  an  important  one  in  the  field and  I  think  you  know  just  to  kind  of  paint  a  picture  I  guess  of  the  typical  mRNA  construct  you  know  it's  it's  got  the  coding  sequence  in  the  middle  but  then  you  have  these  you  know  modifications  but  you  have  a  five  prime  end  and  a  three  prime  end  of  these  UTRs  and  also  a  cap  and  this  you  know  this  five  prime  cap  and  you  know  and  what's  going  on  in  these  UTR  sequences  these  are  also  really  like  a  heavy  area  of focus  in  terms  of  achieving  things  with  therapeutic  mRNAs.  So  this  wasn't  a  huge  topic  at  the  meeting,  but  certainly  things  I've  seen  elsewhere  and  stories  we've  covered  in  the  journal, I  guess.  Just optimizing  these  things  are  really  a  key  tool  to  improving  the  lifespan  of  mRNAs, but  also  what  you're  doing  with  them  as  well.

There  were  was also  one  presentation  that  you  know  that was kind  of  fascinating  thing you might want to achieve with mRNA therapies using knowledge of miRNAs to  achieve  like  cell  type  specific  expression  and  you  know  some  quite  neat  idea  where  you  basically  sort  of  exploit  the  idea  that  that  microRNA  expression  varies  a  lot  across  cells  and  you  can  potentially,  you  know,  can  basically  harness  this using recognition sequences. If  you  design  into  your  three prime mRNA UTR  in your mRNA to interact with miRNAs,  you  can  potentially  switch  off  your  mRNA  in  some  cells  rather  than  others.  So  this,  you  know,  it's  a  little  bit  into  the  future,  but  this  potential  to  harness  and  dodging  the  same  RNA  is  to  achieve  cell -type  specific  expression  of  your  mRNA  therapeutics  seemed  like  a  really  interesting  opportunity.

14:24 mRNA chemistries

JC: Yeah,  I'm  quite  interested  about  this  in  a  slightly  different  way.  And  I  guess  I  have —  I  don't  know  if  it's  two  questions  or  if  it's  the  same  question  that  we  need  to  answer or unpack.  Moderna,  as  you  know,  they  already  have  some  molecules  in  clinical  development  and  one  of  them  is  pretty  close  to  me  because  it's  for  propionic  acidemia, right,  which  is  the  disorder  that  my  son  has. And  they've  already  recruited  a  few  kids  for  their phase  1/2 study.  And  the  results  that  they're  beginning  to  share  are  pretty  positive.

So  that's  quite  interesting because  this  this  condition  affects  a  protein  comprising two  different  polypeptides  right?  So  what  they  have  done  is  to  have  these  dual  mRNA construct  that  expresses  both  so  that  you  can  treat  every  kid  with  with  the  condition.  So  it's  a  pretty  massive  construct right?  It's  pretty  large.  But they still went  ahead  with  the  current  chemistry.  So  I'm  sort  of  wondering,  I'm  wondering  if  the  chemistry  is  really  good  enough  and  what  people  are  trying  to  is  just  tinkering  with  it  to  get  a  little  more  stability  out  of  it? Or  are we  are  still  looking  for  something  fundamentally  better  than  this?  If we  are  already  going  into  clinical  development  with  the  current  chemistry, I'm  wondering  if  people  find  it  sufficiently  satisfactory  and  it's  only  a  question  of  tinkering  with  it.  

Pete: It's  an  excellent  question,  JC. I  think  one  thing,  certainly  from  the  questions  in  the  audience, I  think  there  were  various  expert s in  the  field,  I  guess,  making  this  analogy  with  the  history  of  siRNA and antisense  oligonucleotides,  and what  the  first  generation  chemistry  there  looked  like,  and  just  how  different,  you  know,  it  now  looks.  And  I  think  if  you  can  achieve  more  with  the  chemistry,  and actually  Katie Kariko and  also  Anastasia  Khovrova, they  were  all  very  much  kind  of  like,  chemistry  is  going  to  be  the  answer  to  this,  to  this  question.  

There  was  one  really  important  comment  that  came  from  Melissa  Moore,  who's  recently  retired  as  CSO  of  Moderna, that I  really  wanted share. I  think  in  a  sense,  it's  a  really  important  difference  between mRNA and  say, siRNAs  and antisense oligonucleotides. With the latter, basically  they  were  able  to  do  a  lot  of  modifications  in  those  cases  on  the  2 -prime  hydroxyl.  She made  the  point  that  actually,  in  the  case  of  mRNAs,  that 2 -prime  hydroxyl  is  really  important  for  the  fidelity  of  transcription. So  essentially,  you  can't  really  mess  around  with  that site,  or  you  have  to  be  very  careful  messing  around  with  it.  Otherwise,  you're  not  going  to  end  up  with  what  you  hope  you're  going  to  end  up  with  as  far  as  the  right  protein.  So  I  think  for mRNA therapies the  types  of  modification chemistries  may  be  different.

So on the one hand there is the learnings from parallel  development  of  antisense oligonucleotides  and  siRNAs,  which were a  little  bit  separated  in  time.  But siRNAs benefitted from a lot of the chemistry of antisense; some  of  the  same  chemistry  was  taken  from  one  platform  to  the  other.  And,  you  know,  there's  these  things  where  people  have  solved  the  problem  and  then  realized  that  they  can  use  it  in  both.  But  yeah,  with  mRNA perhaps,  I  think  there  may  be  some  novel  chemistry  that  is  needed  or,  you  know,  ways  to,  you  know,  to  modify  things.  

18:08 mRNA manufacturing

Pete: The other  difference  really  between,  I  guess,  mRNAs  therapeutics  and the siRNAs and  ASOs,  is length; ASOs  and  sRNAs  are  short, you  know,  that  you  can  make  them  easily  with  chemical  synthesis.  You  know,  mRNAs  are  gigantic,  and  the  current  way  that  they're  made  is  through  in  vitro  transcription.  How  do you manufacture and reliably incorporate chemical  modification  is  another  level  of  challenge  I  guess,  when  it  comes  to  mRNA.  I'd  love  to  know,  actually,  this  is  not  something  I'm  super  familiar  with,  but  a  couple  of  people  made  comments  that  if  you  want  to  make  chemical  modifications  to  mRNA,  regulatory  agencies  are  going  to  be  nervous  if  that  isn't  done  consistently.  I  think  you  need  to  be  able  to  have  a  very  strong  characterization  of  whatever  chemical  modification  you're  making  to  your  mRNA  if  it's  not  something  that's  done  throughout.

 It's  the  early  days  as  far  as  mRNA  chemical  structure,  optimization,  beyond  what's  been  achieved  so  far,  I  guess.  I  mean,  I'd  love  to  know  how  this  works,  actually,  because  it's  not  something  I'm  super  familiar  with,  but  the  actual  mRNA  manufacture  process,  I  mean,  I'm  assuming  you  feed  your  in  vitro  transcription,  the,  you  know,  the  components  that  you're  looking  for.

Andy: Yeah,  that's  my  understanding,  Pete.  

Pete: I  think  there's  very  little  out  there  where  people  talk  about  this  stuff.  One  person  from  Moderna,  you  know,  said,  this  is,  you  know,  it's  another  aspect,  actually,  of  the  immunogenicity  problem.  And  I  hadn't  really  appreciated  this  before.  But,  just a  little  bit  of  a  contaminant  of  double -stranded  RNA in a manufacturing  cycle,  if  that  gets  into  the  body,  then  this  is  going  to  provoke  an  immune  reaction.

 So  there's  actually  a  whole  in  parallel  kind  of  optimization,  like  sorting  out  your  mRNA  manufacturing  process.  And  also,  in  some  cases,  people  have  been  working  on  better   polymerases  to  get  a you  know,  to  essentially  a better end result  in  a  product that's  as  free  as  possible  of  any  double -stranded  product.  There  have  at  least  been  a  couple  of  papers  put  out  on  this,  but  I  think  it's  a  little  bit  like  the  lipid  nanoparticle  manufacturers; there's  a  lot  of  knowledge  in  the  field  that  just  isn't  necessarily  out  there  in  the  public  domain  in  the  way  that  some  other  stuff  is.  

Andy: Yeah.  Well,  I  think  it's  somewhat  similar  to,  if  you  look  at  the  oligo  field,  a  lot  of  the  kind  of  proprietary  chemical  modifications  were  discovered  in  Isis, which  became  Ionis,  and  then  many  of  those  chemists  ended  up  at  Alynlam,  and  as  you  were  saying, Pete, they  were  able  to  use  those  modifications, and  they  worked  very  well.  But  yeah,  I  think  this  is  going  to  be  really  interesting  to  see  how  it  works  out.  

JC: I had  the  opportunity  to  visit  Moderna  a  few  years  ago.  They  were  already  beginning  to  think  about  clinical  development  of  this  mRNA  for  propionic  acidemia  and  COVID  was  still  not  in  the  picture,  right?  So  they  had  just  their  labs  for  this  and  it  was  quite  striking  because  when  they  showed  us  around  the  lab,  they  made  the  point  of  showing  us  their  biggest  bioreactor  and  their  biggest  bioreactor  was  the  size  of  like  a  large  bucket.  It  was  not  one  of  these  massive  bioreactors  that  you  see  that  people  have  for  biologics.  So  to  them  that  was  the  power  of  these  that  they  needed  didn't  need  such  big  bioreactors  that  they  could  do  synthesis  in  a  more  efficient  way. But  this  doesn't  negate  the  question.  of  manufacturing.  I  think  that's  kind  of  a  challenge.  

Andy: It's  probably  also  taken  leaps,  JC,  with  what  with  the  COVID-19 vaccines and  the  number  of  doses and  the  kind  of  attention  to  scale  up,  so,  yeah.  

22:05 mRNA delivery

JC: But  you  see,  the  other  side  of  this,  and  Pete,  you  were  alluding  to  this  at  the  beginning, is  the  question  of  delivery,  right?  And so,  certainly another  way  to  optimize  the  efficacy  of  whatever  you're  delivering  is  to  target  it  in  such  a  way  that  it  reaches  the  cells  that  you're  interested  in  reaching  in  a  much  more  efficient  way  so  that  even  if  you  don't  have  a  lot  of  the  RNA,  you  may  still  get  a  biological  response.  Was  that  something  that  they  talked  about  at  the  meeting?  I've  heard,  and  this  is  not  new,  every  month  somebody  solves  this  problem  of  delivery  but  I'm  kind  of  wondering  if  there  was  anything  there  that  caught  your  attention  or  in  just  your  reading  of  the  literature  if  there's  anything  that  you'd  find  particularly  exciting  in  that  space  

Pete: it's  a  great  question  JC  and  yeah  I  mean  I  think  you  know  it  was  a  real  common  thread  at  the  meeting  whether  you  know  whether  what  was  being  delivered  was  siRNA  or  mRNA  or  you  know  or  a genome  editing  therapy  , and  I  think,  one  thing  that's  really  risen  to  the  fore as  a  result  of  the  mRNA vaccines,  is the  lipid  nanoparticles (LNPs).  And,  you  know,  it's  almost  got  to  the  point  now,  you  know,  like  it  seems  a  bit,  I  don't  know,  to  me,  it  seems  a  little  bit  reminiscent  of  the,  you  know,  the  VHS/Betamax  kind  of  thing.  It's  like,  you  know,  there  are  these  two  platforms  now  that  people  are  applying,  particularly, AAV  vectors  or LNPs,  and  there's  a  lot  of  cool  work  going  on  with  both. I'll  come  to  the  LNPs  because  this  is  relevant  to  the  mRNA  therapies.  Yeah.  

There  were  some  presentations  from a professor  at  Emory  called  James  Dahlman,  who's  doing  some  really,  really  cool work  on  LNPs  and  the  ability  to  kind  of  screen  them  for  their  ability  to  deliver mRNAs encoding in  vivo  editing  components and  you  know  and  I  guess  yeah  the  thing  that  was  kind  of  coming  across  from  his  work  and  you  know  it  was  this  kind  of  barcoding  approach  where  you  have  a  you  know  this  ability  to  assess  a  large  number  of  lipid  nanoparticles  and  to  see  you  know  in  a  single  animal  where  they're  getting  to  and  to  kind  of  optimize them, not just on a one by one basis, but up  to  70  or  so  lipid  nanoparticles.  And  this  opportunity to  do  lipid  nanoparticle  optimization  in  vivo  at  a  larger  scale suggests that  the  LNP  platform  is  making  substantial  progress.  I  get  the  impression some  people  were  kind  of  somewhat  confident  that,  you  know,  this  is  about  genome  editing,  but,  you  know,  they  were  optimistic  that,  you  know,  that  people  had  developed  lipid  nanoparticles  that  were  capable  of  targeting  hematopoietic stem  cells  in  vivo, which  would  be  a  breakthrough  for  this. And If you  look  at Nature  Biotechnology, these  days  there's  quite  a  few  of  these  kind  of  barcoding  LNP  kind  of  things. That  seems  to  be, a  new  hot  trend.

And  actually,  commenting  on  that James  Dahlman was  basically  highlighting  the  difference between  the  kind  of  assays  they  would  use  for  publications  and  the  kind  of  assays  you'd  need  for  clinical  translation.  His  comment  was  really  that  they're  not  the  same  thing  and  there  aren't  that  many  people  who  are  selecting  their  LNPs  with  the  kind  of  assays  that  would  really  work to  work  for  the  ideal  ones  for  clinical  translation.  Also  something  that wasn't  at  the  meeting,  but  was a commonet from  John Androsavich at  Pfizer Ventures, is that basically  not  that  many  people  are  aware  that  rodent  models  are  not  really  very  good  predictors  of  the  efficiency  of  that  LNP  delivery  in  humans. A lot  of  people  are  working  there  and  not  so aware  of  it.  So you  know,  I  think  there's  definitely  this  kind  of  issue  around,  you  know,  finding  the  right  assays  to  identify  the  right  LNPs if you want clinically relevant molecules.

But there  are  a  few  companies  out  there  working on this. James  Dahlman founded  a  company , Guide,  that got  acquired  by  Beam Therapeutics. There's  another  company out  there  from  Mike  Mitchell's  lab  at UPenn, Liberate Bio,  that  are  working  on a similar  kind  of  barcoding  thing  to  come  up  with  better  LNPs.  It  sounds  like  there  are  any  number  of  other  stealth  companies  out  there  also  working  on  cool  players  to  develop  LNPs.

Andy: Another is ReCode Therapeutics. That was that Nature Nanotech Dan Seigwart paper.  

Pete: Yeah.  Yeah.  there's  so  much  going  and the ability to optimize different components, on  if  people  can  get  the  right  assays, there's  the  potential  to  address  some  of  these  delivery  challenges.  

27:21 Delivering LNPs to organs other than liver

Andy: So  it  seems  to  me  like  with  LNPs  at  least  there  are  some  problems  that  we've  solved.  So  with  the  mRNA vaccines,  it's  intramuscular  delivery  and  then  we  know  that  they  get  to  lymph  nodes  and  they  get  to  the  spleen.  So  those  are  two  kind  of  organs  that  we  know  we  can  get  to  with  the  existing  LNP  technology. And  then  of  course  everything  else  goes  to  the  liver  yeah? The  liver  is  the  sink  where  everything  else  gets  sucked,  but  then  there  are  so  many  other  diseases; obviously  there's  the  CNS;  obviously  there's  muscle,  there's  so  many muscle  diseases  that  people  are  interested  in; there  is  the  kidney  as  well  and  you  mentioned  the  bone yeah  so  getting  to some  of  the  hematopoietic  stem  cells  in  the  bone  that's an  important  leap  as  you  said. Or the lung, that's  another  one .

Pete: There  are  a  couple  of  things  relating to  that  that  question.  So Kevin  Fitzgerald  from Alnylam did  a  presentation —he  was  talking  about  various  programs  and I  think one interesting  challenge  they have at  the  moment is so  many  things  they  could  try  and  which  ones  to  prioritize —on their  program  in  Alzheimer's  disease.  So,  you  know,  this  is  in  phase  1 at the  moment,  you  know,  and  they've  demonstrated  delivery  of  an  siRNA  to  the  CNS  for  this.  And  they  can  see  that  it's  having  an  impact  on  APP  levels.  So  yeah,  I  mean,  I  think  as  far  as  siRNA  delivery  to  the  CNS,  they've  managed  to  achieve  enough  to  do  something  impactful,  potentially  in  Alzheimer's. You  know,  this  is  a  very  early  stage  clinical trial,  but  given  the  challenges of anti  amyloid  antibodies, the  level  of knockdown achieved by siRNA  is  really  interesting. You  know,  he  also  made  an  analogy  where, siRNAs  have  shown  some  impact  clinically  already in transthyretin (ATTR) amyloidosis with  cardiomyopathy and there,  if  you  stop  the  production  of  ATTR,  you  do  end  up  clearing  plaques  basically.  So the hope is that  you  might  be  able  to  achieve  the  same  thing  for Alzheimer's and it  certainly  sounded,  you  know,  like  at  least  they'd  achieved  the  sort  of  step  of  the  delivery  challenge  part  of  this  problem.  

Andy: And  that  was  LNPs,  was  it?  

Pete: Yeah,  this  was  N-acetyl galactosamine (GalNAc). I  actually changed  the topic  there  a  little  bit because siRNAs have these two  different approaches  to  delivery.  And  the  first, you  know,  the  first  siRNA to  make  it  to  the  clinic  was  using  an  LNP  for  siRNA (Patisiran). But  basically  the  ones  that  have  come  since  have  used  GalNAc and  have  exploited  the  ability  to  get  across.  

Andy: But  that's  to  the  liver,  yeah?

Pete: To  the  liver,  yes.  So  the conjugate  they're  using for brain,  I  don't  think  he  disclosed  the  conjugate. But in  the Nature Biotech paper they used  2′-O-hexadecyl palmitic acid as the  right  conjugate  to get  across  into  the  right  cells.  But that wasn't  a  focus  of  his  presentation; I  think  this  is  an  area  in  which  obviously  people  are  coming  up  with  the  next  target (like asialoglycoprotein receptor (ASGPR) in liver) when  it  comes  to  delivery.  Its  worked  out  so  well  for  GalNAc  just  because  of  the  high  expression  of  the  ASGPR  on  liver  cells. But  yeah, being  able  to  find  cell  surface receptors  that  have  got  similar high  concentration to ASGPR in  another place. And also the  other  aspect  that  he  was  kind  of  focusing  on  was  that  you're  not  disrupting  some  endogenous  signaling  pathway  by  jumping  on  the  AGGPR to  deliver  your  siRNAs.  So  finding  similar receptors  that are  like  that  elsewhere  is you  know the  challenge.  

Andy: Yeah,  Moderna  had  a  relatively large  team  of  people  when  Melissa  Moore  was  there  working  on  the  delivery, working  on  different  lipids,  amino  lipids  that  have  different  tropisms  to  different tissues; It's  been  a  very,  very  big  effort  industrially.  So  when  they  do  find  some  of  these—there's  been  a  few  papers  kind  of  talking  about  these  squalene  amino  lipids  that  you  know  have  some  pretty  interesting  tropisms  for  different  tissues  beyond  the  liver. To me, this  is  the  kind  of  the  real  frontier. If any  of these LNP chemistries are something that opens up  a  tissue — similar  to  the  way  in  which  Alnylam went  after  the  liver  and  now  everybody  can  get  things  to  the  liver — if  one  of  these  other  organs  opens  up, then  I  think  it'll  be  a  seminal  type  of  event. 

JC: A  lot  of  people  already  agree  that  the  mouse  or  the  rat  or  these  small  animals  are  not  particularly  good  models  for  this, and  yet  people  continue  testing  there.  In  some  of  my  interactions  with  the  investor  community,  people  worry  that  unless  you've  shown  that  this  works  in  non -human  primates,  then  we're  not  really  interested  and  one  needs  to  pay  attention  to  that  because  the  amount  of  work  you  see  in  academic  institutions  in  terms  of  targeting  nanoparticles  to  pretty  much  every  organ  and  the  number  of  papers  and  abstracts  that  get  written  about  this  is  staggering  and  people  are  not  paying  enough  attention. 

Andy: It's  the  same  issue  with  vectorology,  with  gene  therapy.  The  primate  is  not  the  same  as  a  mouse,  neither  of  them  are  the  same  as  a  human. If  you're  talking  about  the  CNS  and  then  you  have  like  ages,   the  vasculature  changes  with  age,  disease  tissue  changes.  So,  I  mean,  some  people  are  thinking,  you  know,  the  best  way  to  go  is  to  start  with  humans. You  can  do  a  lot  of  work  now, analyzing  human  tissues  using single  cell  RNA  seek  and  work  out  which  things  are  expressed  on  the  surface  of  human  vasculature  in  certain  tissues  and  then  you  choose  your  target  of  choice  and  then  you  go  back  into  your  model  and  you  make  your  mouse  model  with  that  human  target  and  then  once  you've  done  that,  then  you  can  start  to  do  the  work.  Yeah.  And  you  hope  that  that  that  will  be  informative.  But  you  know,  it's  really  tricky.  

34:25 Targeting RNA with small molecules

JC: So Pete, shifting  gears a  little  bit. Now  that  we're  talking  GalNAcs one  area  that's  of  great  interest  to  me,  at  least,  and  I'm  sure  that  to  a  lot  of  other  people  is  this  idea  of  targeting  RNA with  small  molecules,  right?  So the target  in  these  cases  is  the  mRNA. Was  there  any  discussion  of  that  at  the  meeting,  or  is  this  an  area  in  which  you've  seen  anything  exciting  that  you  would  like  to  share  with  us?

Pete: That's  a  great  question. Actually,  there  was  one  speaker  there,  Chuan He of University of Chicago,  who  does  some  work  in  this  general  area,  but  I  think  he  looked  at  the  rest  of  the  program,  and  he  realized  that  most  of  it  was  about  either  the  siRNA or ASOs or gene editing  and  decided  to  talk  about  something  else. Yeah,  so  this  topic  really  didn't  come  up  so  much  to  the  meeting.  I  think  just  a  reflection  of  the  composition  of  the  speakers.  

But  a  couple  of  people, I  guess,  highlighted  one  of  the  key  diseases  where  it's  proven  to  be  possible  to  come  in  with a small  molecule  and  target  RNA  therapeutically. And this is spinal  muscular  atrophy. Basically there's  an  antisense oligonucleotide,  nusinersen,  that has  been  on  the  market  now  for  a  few  years,  which  promotes  the  kind  of  exon skipping  in  SMN2  that's  needed  to correct this  disease. And  very  interestingly,  phenotypic  screening  was  able  to  identify  a  small  molecule  that  gives essentially the  end result is the same; it  promotes  exon skipping.

And  I  would  say,  you  know,  it  feeds  into  a  very  interesting  kind  of  question. A  little  bit  what  we  were  talking  about  with  assays,  I  guess,  is  that  if  you  can  come  up  with  good  phenotypic  screening  assays that  have  meaningful  linkage  between the  screen  and  the  clinical  translation,  as  was  the  case  in  SMA  and  small -molecule  screens  used at Roche you  know,  there's  really  a  huge  potential  still  for  small  molecules  targeting  RNA  to  achieve  interesting  things.  So  it  wasn't  a  topic  that  came  up  at  the  meeting, but  I  think  we've  published  an  article  relatively  recently  from  Matt  Disney at Scripps,  who's  been  doing  work  in  this  area  for  a  long  time,  you  know,  and  has  also  been  identifying  all  sorts  of  interesting  strategies  that  more  rationally  target  RNA  structure with  small  molecules.  And I  think  there's  a  huge  amount  of  potential  in  the  area,  but  it's  not  something  that  came  up  recently.  

Andy: Do  you  think,  Pete,  that  there's  a  lot  of  scepticism  about  it  as  well,  because  RNA  structures  are  really  tricky  to  drug?  

Pete: I  think  this  is  one  where  the  tools  for  characterizing  work  going  on  is really pivotal  to  achieving  something  constructive,  but  also, I  guess in the case of the  drug  for  SMA it feeds  into  something  that is quite  peripheral to this meeting but  actually  is very  important  for  therapeutics  in  general.  I  mean,  we  published  an  article  from  a  guy  called  Jack Scannell  in Nature Reviews Drug Discovery recently,  you  know,  that emphasized the  predictivity  of  your  screening  tools,  you  know,  wherever  they  are in the screening process.  This  is  a kind  of  fundamental  thing  to  the  ultimate  success  of  your  project. But  it's  just  amazing  how  little  sometimes  people  question the  predictability  of  the  stuff  they're  working  on,  you  know,  they  carry  on  using  the  same  assays the  field  has  used  for  a  long  time. And,  you  know,  not surprisingly,  at  the  end,  sometimes  things  don't  work  yet  again.  And,  you  know, I mention this because it perhaps doesn’t get the traction it needs from funders  and  it's,  it  was  just  calling  for,  you  know  that  I  guess  that's  all.  mine  was  the,

Andy: The two that always come to my mind are Everysdi (risdiplam); that was the SMA drug from Roche (NOT PTC Andy!).  And then ataluren (Translarna) for Duchenne from PTC?  And they weren’t super convincing.

Pete: Yeah.  They  weren't  super  convincing.  I  think  particularly ataluren  is approved  only in  Europe  and  still  not  yet  approved  anywhere  else.  I  guess with  so  many  different  platforms  out  there  now,  the  question  is  in  which  diseases  would  you  choose  to  go  after  them  with  a  small  molecule  targeting  RNA  when  you  can  see  the  emergence  of  all  of  these  alternatives  that  are  really  heading  for  the  root  cause  in  a  much  more  direct  way?

Andy: There's  another  wrinkle  on  that,  isn't  there,  which  kind  of  speaks to  JC's  question,  which  is  this  idea  of  using  a  drug  to  inhibit  an RNA -modifying  enzyme  or  protein. So I know  Storm Therapeutics  in  the  UK  is one of the pioneers going after METTL3 which  depletes  methyl 6 adenosine (M6A).  They've  been  going after that  in  cancer.  And  there  seems,  correct me if I’m wrong, but it seems there’s been a bit of activity there yeah?

39:35  RNA-guided CRISPR, base and prime editing therapies

Pete: Yeah, this wasn’t one of the commons themes, but one other  real  strong  theme  at  the  meeting  was  the  various  different  flavours  of  genome  editors. It's  a  really  exciting  year; we've  seen  the  submission  of  the  first  therapeutic  based  on  CRISPR  to  the  FDA  earlier  this  year.  I guess  there's  a  possibility  that  this  year  may  see  the  approval  of  the  first  CRISPR -based  therapy  for  these hemoglobinopathies (https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-gene-therapies-treat-patients-sickle-cell-disease). I'm going to  stick with sickle  cell  disease  and  beta thalassemia rather  than  try  and  say  hemoglobinopathy  again.  But  yeah,  if  this  happens,  I  mean  speed, from  the  kind  of  CRISPR  papers  in  2012  to a potential  drug  on  a  new  platform  just  over  a  decade  later;  it's  incredible.  

But  you  know, saying  that,  you  know,  the  thing  that  was  also  very  interesting  at  the  meeting  is  just  how  quickly  the  field  has  moved  on from  the  kind  of  first  generation  CRISPR  strategies  to various  different  flavors,  which  I'm  sure  you're  very  familiar  with  at Nature  Biotech Andy;  and all  the types  of  base  editors  and prime  editors  as  well. 

And these  next generation  platforms  and  their  ability  to take  things  to  the  next  level,  and  particularly  beyond the  first  application that CRISPR Cas9 is good at: disrupting  the  function  of  a  gene.  And  in  the case of the (Bluebird and Vertex CRISPR sickle cell) case,  it's  quite  a  neat  idea  of  knocking  out  the  function  of  BCL11A,  and  in  that  way, essentially,  what  you're  doing  is  leading  to  the  reactivation  of  the fetal  hemoglobin,  and  this  is  what's  enabling  the  treatment  of  sickle  cell  disease  and  beta thalassemia.

What's  really  exciting,  I  think,  was  really  like  a  common  theme  among  several  talks  at  the  meeting  was  the  huge  potential  of particularly  base  editors  because  these  are  the  ones  that  are  entering  the  clinic  at  the  moment. There  were  some  really  nice  stories  there  to  fix  particular  diseases  with  a  known  root  cause  in  a  much  more  precise  way. 

David  Liu  gave an  absolutely fantastic  presentation.  He's  really  been  a  pioneer in  the  field  of  base editing  and  prime  editing. He talked  about  various  generations  of  these.

He  gave  a  really,  it's  quite  recent  paper  in  the  New  England  Journal of  Medicine  (DOI: 10.1056/NEJMoa2300709)) talking  about  this  trial, it's  been  run  in  the  UK  for  quite  a  rare  cancer,  T  cell  leukemia; and  essentially  he  just  presented  a  case  study  that  I  think  was  part  of  this  NEJM paper.  You  know,  a  young girl who really  had just  exhausted  all  existing  options  for  this  T -cell  leukemia.  And,  you  know,  she,  as  part  of  this  trial,  received  a  base -edited  CAR -T  that,  you  know,  had  three  different  modifications  made  to  it,  and it  was  so  cool  to  be  able  to  do  these  three  things  in  a  very  precise  way  with  a  base  editor,  and  as a  result,  essentially  she  was  basically  terminal,  and  now  she's  back  at  school.  It's  one  patient,  but  it's  completely  transformed  her  life  in  this  case,  and  I  think  it  illustrates  the  potential  of  this  base  editing  approach to  do  things  that  just  haven't  previously  been  possible.  

There  was  also  the  other  area  where  base  editing  has  been  taken  into  the  clinic.  Recently,  the  company,  Verve Therapeutics,  who  have  been  very  ambitiously  looking to…

Andy: Cardiovascular,  isn't  it?  

Pete: Cardiovascular disease.  You  think  a  lot  of  the  time  when  it  comes  to  new  platforms, people go  for  things  like  cancer  because  the  risk  benefit gives a  lot  more of  a  window  than  in  the  case  of  something  like  cardiovascular  disease. But,  there  was  a really  nice  presentation , almost  following  in  the  path  of  the  statins  many,  many  years  ago,  but  looking at a really severe form of familial hypercholesteremia . I think  there  was  an  11  year  old  girl  who'd  had  three  heart  bypass  operations  by the  age  of  11,  you  know,  and  it's  like,  they've  administered  a  base  editor  now. And  I  think,  as  I  understand  it,  the first  clinical  data  from Verve's  VERVE-101 trial of a base editor that permanently deactivates PSCSK9 in the liver should  be being  reported this  year (https://www.nature.com/articles/d41586-023-03543-z).  So I  think  this  is  going  to  be  very  exciting  for  the  field  of  base  editing. 

I  come  back  to  David  Liu  because  he's  just  been  such  a  powerhouse  of  cool  innovation. But,  you  know,  he  was  actually  primarily  talking  about  prime  editing,  and  I  think  base  editing  is  super  cool.  It's  a  little  bit  further  behind,  but  if  you  can  make  prime  editing  work I  think  people  are  kind  of  comparing CRISPR  as  a  pair  of  scissors and prime  editing  as a  word  processor, you  can  do  so  much  with  it.

 And,  there's  this  potential  to  just  completely  transform  the  way  that  some  diseases  are  treated.  There's a really,  really  interesting  kind  of  concept. At the moment, cystic  fibrosis  is  a  rare  disease  where,  you  know,  Vertex  as  a  company  have  done  an  amazing  job kind of almost  going  in  mutation-by -mutation  in some  cases,  coming  up  with  a  pool  of  drugs  that can  treat  the  majority  of  the  pool  of people  who  have  cystic  fibrosis.  But just  imagine  if you  could  go  into  the coding  region  of  the  gene  that's  got  most  of  these mutations  in  it and  just  replace  that  with you  know,  a  functional  cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR).  And,  you  know,  this  is  the  kind  of  thing  that could be  feasible  if  you  can  get  prime  editing  to  work.  

Andy: Yeah,  it's  very  far  in  the  future  though.

Pete: It  seems  very  far  in  the  future.  Talking  to  the  people  at  the  meeting,  it  seems  it's  far  into  the  future,  but  maybe  not  as  far  as  it  has  been  in  the  past  with  analogous  platforms. I think  if  you  think  about  the  pace  of  innovation,  and  you  know,  an  antisense  or  siRNA,  I  guess,  you  know.  I'll  come  to  it.  There  was  a  really  nice  presentation  from  John  Maraganore about  the  history  of  Alynlam.  It  took  about  16  years  or  so  maybe  to  get  from  the  formation  of  the  company  to  the  first  drug  on  the  market, whereas antisense  oligonucleotides took considerably  longer.  I suppose  actually  the  first  one  made  it  in  1998,  which  is  not,  you  know,  it's  probably  like 20  years  after  publication of first papers,  but  for  the  platform  to  really  kind  of,  you  know,  to  reach  the  point  where  you  say,  yeah,  this  is  like,  you  know,  it's  relatively  mature,  it  was  longer.  And,  you  know,  now  you  look  at  CRISPR  and  you  see  like,  you  know,  the  pace  between  pioneering  studies  and,  you  know,  the  potential  approval  of  a  drug  is  getting  to  be  more  than  a  decade.

So,  you  know,  I'm  sorry,  right,  just  a  little  bit  more  than  a  decade.  And,  you  know,  prime  editing  is  futuristic,  but,  you  know,  perhaps with the  pace  of  innovation, it's  maybe  not  so  far  into  the  future  as  has  been  in  the  past  with  innovative  platforms,  if  some  of  the challenges,  particularly  the  delivery  challenge,  can  be  ironed  out.  

Because  what  he  was  talking  about  was  something  really very  cool;

He's  basically  coupled,  you  know,  prime  editing  technology  with  something  else  he  invented  in  his  lab many  years  ago,  which  is  this phage  directed  evolution  strategy  called  PACE,  and  he  was  using  PACE  to  optimise  components  of  the  prime  editor.  This  ability  to  kind  of  harness  directed  evolution  to  improve  the  quality  of  your  prime  editors  is  something  that  might  lead  to  a  much  more  rapid  development  of  the  prime  editors  with  desirable  properties  that  might  have  been  previously  possible.

48:35 Pete’s tipple


JC: I  certainly  agree  that  it  won't  be  that  long  before  some  of  these,  some  of  these  therapeutics  reach  the  market.  I  think  that  there  are  a  few  challenges  that  have  to  be  sorted  out,  such  as  again,  manufacturing  some  of  the  aspects  in  regulatory  science  and  other  things  that  are  not  necessarily  related  to  the  innovation  itself.  But I  think  that  that's an  important  area  to  look  into. Pete,  this  has  been  a  very  thoughtful  conversation  as  we  knew  it  would  be.  We're  already  coming  to  be  to  the  end  of  the  recording.  I  wonder  how  many  people  are  still  listening,  but  one  last  question,  Pete,  before  we  let  you  go.  So,  as  you  know,  our  podcast  is  called  The  Mixer.  So,  our  question  to  you  is  what  is  your  go-to  drink?  

Pete: At  the  moment,  it's  an  espresso  martini.  I  find  this  is  a  particularly  when  traveling.  It's  what  I  need  in  the  evening.

Andy: Good for jet lag!

JC: I  have  never  been  into  espresso  martinis,  but  we  can  certainly  make  one.  Somebody  told  me  about  a  secret  to  get  more  foam  and  the  secret  to  get  more  foam.  when  you  prepare  it  is  apparently  to  use  larger  pieces  of  ice  that  something  I  didn't  know.  I  haven't  tried  it  because  I  don't  make  this  drink  too  often  at  home  but  it's  something  for  a  future  episode  of  The  Mixer  Andy  and if  you're  game  for  an  espresso  martini.

Andy: So  there  you  go  JC,  seminal  insights as always.  Alright  Pete,  thanks  so  much  for  your  talk,  it  was  a  really  great  talking  with  you  and  really  informative.  

Pete: Thanks  so  much  for  the  invitation,  it's  really  been  a  pleasure.  

JC: Well on  that  note,  I  think  it's  time  to  call  it  a  day.  I must  confess  I'm  not  really  partial  to  the Expresso Martini,  but  for  those  of  you  who  like  the Expresso Martini,  we  have  the  perfect  recipe  down  in  the  description  below.   Anything  you  want  to  add  Andy?  

Andy: No,  this  was  great.  Thanks  a  lot  everybody  for  listening,  until  next  time.  Cheers!.

People on this episode