ДНК-"троянский конь" доставляет лекарства в устойчивые раковые клетки

Исследователи из Университета штата Огайо разрабатывают новый метод лечения лекарственно-устойчивого рака, используя подход, напоминающий троянского коня: лекарство прячется внутри капсулы из свернутой ДНК.

В лабораторных тестах клетки лейкемии, ставшие устойчивыми к препарату, поглощали его и погибали, когда лекарство было скрыто в такой капсуле. Ранее аналогичный метод упаковки, известный как «ДНК-оригами», использовался для преодоления лекарственной устойчивости солидных опухолей. Это первый случай, когда показана его эффективность против устойчивых клеток лейкемии.

Исследователи уже начали тестирование капсулы на мышах и надеются в течение нескольких лет перейти к испытаниям на людях. Результаты опубликованы в журнале Small.

Как работает сопротивление и как его обойти

Исследование проводилось на доклинической модели острого миелоидного лейкоза (ОМЛ), устойчивого к препарату даунорубицину. Устойчивые клетки ОМЛ распознают молекулы даунорубицина и выводят их обратно через отверстия в клеточной стенке с помощью специальных насосов.

Ученые во главе с Джоном Бёрдом и Карлосом Кастро создали молекулярного «троянского коня» — капсулу из ДНК, которая скрывает даунорубицин и позволяет ему миновать эти насосы.

«Упаковка препарата таким образом позволяет обойти защитные механизмы раковой клетки, чтобы лекарство накопилось внутри и вызвало ее гибель», — пояснил Джон Бёрд.

Конструкция и действие капсулы

Каждая капсула имеет форму удлиненного «шлакоблока» размером около 15 нанометров в ширину и 100 нанометров в длину (в 100 раз меньше раковой клетки). Внутри находятся четыре полых открытых отсека, что максимизирует площадь поверхности для связывания молекул препарата.

«Мы создали структуру с большим количеством доступных пар оснований ДНК, чтобы даунорубицин мог в них встроиться. Когда капсула разрушается, молекулы лекарства высвобождаются и заполняют клетку», — объяснил постдок Кристофер Лукас.

Капсулы спроектированы так, чтобы быть прочными и стабильными. Они не распадаются полностью до тех пор, пока не окажутся внутри клетки, и насосы не успевают вывести препарат.

Под флуоресцентным микроскопом было видно, как клетки поглощают капсулы. Внутри клеточных органелл капсулы разрушаются, высвобождая лекарство, что приводит к гибели большинства клеток в течение 15 часов.

ДНК как строительный материал

Инженеры используют натуральную и синтетическую ДНК в качестве механических строительных блоков. Для создания капсулы они использовали геном обычного бактериофага и синтетические цепи, заставляющие эту ДНК сворачиваться в нужную форму.

«Самое сложное — донести, что ДНК-капсула ничего не делает, кроме как удерживает форму. Это статичная, жесткая структура для переноски груза. Она не кодирует белки и не выполняет других привычных функций ДНК», — отметил аспирант Патрик Халли.

Перспективы

Карлос Кастро надеется создать экономически жизнеспособный процесс сборки таких капсул и других форм в рамках модульной системы доставки лекарств.

Джон Бёрд считает, что метод потенциально может работать против большинства форм лекарственно-устойчивого рака, если дальнейшие испытания на животных моделях будут успешными.