Инженеры Массачусетского технологического института и Медицинской школы Массачусетского университета разработали новый тип наночастиц, которые можно вводить в легкие, где они могут выполнять редактирование генов в легких.
«Это первая демонстрация высокоэффективной доставки РНК в легкие у мышей. Мы надеемся, что его можно будет использовать для лечения или восстановления ряда генетических заболеваний, включая муковисцидоз», — говорит профессор кафедры химической инженерии Массачусетского технологического института, Дэниел Андерсон.
В исследовании на мышах Андерсон с коллегами использовали частицы для доставки мРНК, кодирующей механизм, необходимый для редактирования генов CRISPR/Cas9. Это может открыть дверь для разработки терапевтических наночастиц, которые могут вырезать и заменять гены, вызывающие болезни.
РНК-мессенджер обладает большим потенциалом в качестве терапевтического средства для лечения различных заболеваний, вызванных дефектными генами. До сих пор лавным препятствием для его развертывания была трудность доставки его в нужную часть тела без побочных эффектов. Введенные наночастицы часто накапливаются в печени, поэтому в настоящее время проводится несколько клинических испытаний, оценивающих потенциальные методы лечения заболеваний с помощью мРНК.
В своем новом исследовании, ученые намеревались разработать липидные наночастицы, которые могли бы воздействовать на легкие. Частицы состоят из молекул, состоящих из двух частей: положительно заряженной головной группы и длинного липидного хвоста. Положительный заряд головной группы помогает частицам взаимодействовать с отрицательно заряженной мРНК, а также помогает мРНК вырваться из клеточных структур, которые захватывают частицы, когда они попадают в клетки. Тем временем структура липидного хвоста помогает частицам проходить через клеточную мембрану.
Исследователи придумали 10 различных химических структур для липидных хвостов, а также 72 различных головных группы. Проверив различные комбинации этих структур на мышах, исследователи смогли определить те из них, которые с наибольшей вероятностью достигают легких.
В дальнейших тестах на мышах исследователи показали, что они могут использовать частицы для доставки мРНК, кодирующей компоненты CRISPR/Cas9, предназначенные для вырезания стоп-сигнала, который был генетически закодирован в клетках легких животных. Когда этот стоп-сигнал удаляется, включается ген флуоресцентного белка. Измерение этого флуоресцентного сигнала позволяет определить, какой процент клеток успешно экспрессировал мРНК.
Ученые обнаружили, что после одной дозы мРНК было трансфицировано около 40 процентов эпителиальных клеток легких. Две дозы довели уровень до более чем 50 процентов, а три дозы до 60 процентов. Наиболее важными мишенями для лечения легочных заболеваний являются два типа эпителиальных клеток, называемых булавовидными клетками и реснитчатыми клетками, и каждая из них была трансфицирована примерно на 15 процентов.
Это означает, что клетки, которые были отредактированы, действительно представляют интерес для лечения заболеваний легких.
Новые частицы также быстро разрушаются, что позволяет вывести их из легких в течение нескольких дней и снижает риск воспаления. Частицы также могут быть доставлены одному и тому же пациенту несколько раз, если необходимы повторные дозы. Это дает им преимущество перед другим подходом к доставке мРНК, в котором используется модифицированная версия безвредных аденовирусов. Эти вирусы очень эффективны для доставки РНК, но их нельзя вводить повторно, потому что они вызывают иммунный ответ у хозяина.
Это достижение прокладывает путь к многообещающим терапевтическим применениям доставки генов в легкие при различных заболеваниях легких. Платформа обладает рядом преимуществ по сравнению с обычными вакцинами и методами лечения, в том числе тем, что она не содержит клеток, обеспечивает быстрое производство, обладает высокой универсальностью.
Для доставки частиц в этом исследовании исследователи использовали метод, называемый интратрахеальной инстилляцией, который часто используется как способ моделирования доставки лекарств в легкие. Сейчас они работают над тем, чтобы сделать свои наночастицы более стабильными, чтобы их можно было распылять и вдыхать с помощью небулайзера.
В дальнейшем планируется протестировать частицы для доставки мРНК, которая может исправить генетическую мутацию, обнаруженную в гене, вызывающем кистозный фиброз, на мышиной модели заболевания и разработать методы лечения других заболеваний легких, таких как идиопатический легочный фиброз, а также мРНК-вакцины, которые можно будет доставлять непосредственно в легкие.
Со временем, при дальнейшем развитии технологии, появится возможность ингаляционного лечения муковисцидоза и других заболеваний легких.
Понравилась статья? Поделись с друзьями!
