Наночастицы с генетически модифицированной мембраной доставляют дексаметазон прямо в воспаленные легкие

Инженеры-нанотехнологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали наночастицы, имитирующие иммунные клетки, которые нацеливаются на воспаление в легких и доставляют лекарства непосредственно к очагу. В качестве доказательства концепции исследователи наполнили наночастицы дексаметазоном и ввели их мышам с воспаленной легочной тканью. Воспаление было полностью вылечено у мышей, получивших наночастицы, при такой концентрации препарата, при которой стандартные методы доставки не имели никакой эффективности.

Результаты опубликованы в Science Advances 16 июня.

Особенность этих наночастиц в том, что они покрыты клеточной мембраной, генетически модифицированной для поиска и связывания с воспаленными клетками легких. Это последняя разработка в серии так называемых наночастиц, покрытых клеточной мембраной, созданных в лаборатории профессора Лянфан Чжана. Ранее его лаборатория использовала такие наночастицы для поглощения токсинов, продуцируемых MRSA; лечения сепсиса; и обучения иммунной системы борьбе с раком. Но если предыдущие мембраны были естественного происхождения, то мембраны для покрытия этих наночастиц с дексаметазоном — нет.

«В этой работе мы использовали генетическую инженерию для редактирования поверхностных белков клеток до сбора мембран. Это значительно продвинуло нашу технологию, позволив точно сверхэкспрессировать определенные функциональные белки на мембранах или "выключить" нежелательные», — сказал Чжан, старший автор статьи.

Аспирант Джун Хо Пак, первый автор статьи, отметил, что при воспалении эндотелиальные клетки сверхэкспрессируют белок VCAM1, который привлекает иммунные клетки к очагу. В ответ иммунные клетки экспрессируют белок VLA4, который связывается с VCAM1.

«Мы создали клеточные мембраны, которые постоянно экспрессируют полную версию VLA4. Эти мембраны постоянно сверхэкспрессируют VLA4, чтобы находить VCAM1 и место воспаления. Они позволяют наночастице находить очаги воспаления и высвобождать лекарство для лечения конкретной области», — пояснил Пак.

Хотя наночастица напрямую не усиливает действие препарата (в данном случае дексаметазона), его концентрация в нужном месте может означать, что потребуется более низкая доза. Исследование показало, что дексаметазон накапливался в целевой области в более высоких концентрациях и быстрее, чем при стандартных подходах.

«Мы доставляем тот же самый препарат, что и в клинике, но концентрируем его в нужной точке. Благодаря нацеливанию наночастиц на очаг воспаления, большая часть лекарства окажется там, где нужно, и не будет выведена из организма до накопления и проявления эффекта», — сказал Пак.

Исследователи отмечают, что этот подход с генетически модифицированной клеточной мембраной является платформенной технологией. Теоретически его можно использовать не только для таргетинга воспаления в других частях тела (VCAM1 — универсальный сигнал воспаления), но и для более широкого спектра задач.

«Это универсальная платформа не только для воспаления легких, но и для любого типа воспаления, повышающего экспрессию VCAM1. Технология обобщаема; вместо сверхэкспрессии VLA4 можно использовать другой белок для нацеливания на другие области тела или достижения иных целей», — сказал Пак.

Для сверхэкспрессии белка VLA4 исследователи упаковали гены VLA4 в вирусный вектор и вставили его в культивируемые клетки мышей. Клетки включают эти гены в свой геном и производят мембраны, постоянно сверхэкспрессирующие VLA4.

Следующим шагом станет изучение процесса с использованием мембран человеческих клеток, экспрессирующих человеческую версию VLA4. До клинических испытаний на людях еще много шагов, но ранние результаты обнадеживают.

«Используя установленные методы генного редактирования, это исследование выводит наночастицы, покрытые клеточной мембраной, на новый уровень и открывает новые возможности для целевой доставки лекарств и других медицинских применений», — заключил Чжан.