Разработка эффективных методов лечения генетических заболеваний легких, таких как кистозный фиброз, оказалась сложной задачей. Этого может не произойти еще долго, поскольку ученые разрабатывают новый тип наночастиц, которые могут переносить технологию редактирования генов прямо в легкие мышей.
С картированием генома человека и последующими полногеномными ассоциативными исследованиями, связывающими определенные генетические мутации с известными заболеваниями, многие исследования были сосредоточены на разработке генной терапии для воздействия на генетические причины болезней.
РНК-мессенджер (мРНК) — относительно новый терапевтический агент, используемый для профилактики и лечения некоторых генетических заболеваний. Но для эффективного функционирования в организме мРНК, которая несет генетическую информацию, направляющую клетки на производство белков, нуждается в стабильной системе доставки, которая защищает ее от деградации и позволяет ей проникать в клетки, чтобы доставить свою полезную нагрузку, изменяющую гены. Наночастицы оказались эффективными средствами доставки мРНК.
Однако доставка мРНК с помощью наночастиц имеет свои проблемы. Доставить его в нужную часть тела и избежать воздействия на другие органы может быть непросто. Инъекционные наночастицы ранее доказали свою эффективность, когда они заключены в липидную (жировую) сферу, которая предотвращает деградацию мРНК и улучшает ее способность нацеливаться на клетки. Исследователи из Массачусетского технологического института и Медицинской школы Массачусетского университета разработали многообещающую липидную наночастицу, которая нацелена на легкие, где она может доставлять мРНК, изменяющую гены.
Исследователи разработали наночастицы, которые содержат положительно заряженную головную группу, которая помогает частицы взаимодействуют с отрицательно заряженной мРНК и длинным липидным хвостом, который помогает частицам проходить через клеточную мембрану в клетку. Они экспериментировали с 72 головными группами и 10 липидными хвостами с различной химической структурой, прежде чем определили структуру наночастиц, которые могли достигать легких.
Как только была найдена эффективная структура липидных наночастиц, исследователи проверили ее на мышах. Они обнаружили, что могут использовать наночастицы для доставки мРНК, кодирующей компоненты редактирования генов CRISPR/Cas9, в легкие животных с помощью метода, называемого интратрахеальной инстилляцией — введение вещества непосредственно в дыхательное горло (трахею), что позволяет лучше контролировать дозу, чем при вдыхании. /p>
Доставленные компоненты CRISPR/Cas 9 «вырезают» генетически закодированный стоп-сигнал, включая ген зеленого флуоресцентного белка и позволяя исследователям определить, какой процент клеток легкого успешно экспрессирует мРНК.
Исследователи обнаружили, что после одной дозы мРНК трансфицируется около 40% эпителиальных клеток легких. Трансфекция – это процесс введения генетического материала в клетку. Две дозы мРНК увеличили процент до более чем 50%, а три дозы — до 60%. Каждая из эпителиальных клеток, имеющих ключевое значение для лечения заболевания легких, — клубневые клетки и реснитчатые клетки — была трансфицирована примерно на 15%.
«Это означает, что клетки, которые мы смогли отредактировать, действительно представляют интерес для лечения заболеваний легких», — сказал Боуэн Ли, ведущий автор исследования. «Этот липид может позволить нам доставлять мРНК в легкие гораздо эффективнее, чем любая другая система доставки, о которой сообщалось до сих пор».
Использование липидных наночастиц вместо аденоассоциированного вируса (AAV), другого носителя, используемого для доставки генной терапии, дало явное преимущество. Несмотря на свою эффективность, AAV вызывает иммунный ответ в организме, поэтому его нельзя использовать повторно на одном и том же человеке. Липидные наночастицы не вызывают такого иммунного ответа, поэтому при необходимости можно вводить несколько доз.
Исследователи также обнаружили, что новые наночастицы быстро разрушаются и выводятся из легких в течение нескольких дней, тем самым снижая риск воспаления. В будущем их разработка может быть использована для исправления генетической мутации, вызывающей муковисцидоз и другие генетические заболевания легких.
«Это первая демонстрация высокоэффективной доставки РНК в легкие у мышей. «, сказал Дэниел Андерсон, соответствующий автор исследования. «Мы надеемся, что это может быть использовано для лечения или восстановления ряда генетических заболеваний, включая кистозный фиброз».
Исследовательская группа работает над созданием нового наночастицы более стабильны, поэтому их можно распылять и вдыхать через небулайзер, а также мРНК-вакцину, которую можно доставлять непосредственно в легкие.
Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.
