ДНК-«штрихкодирование» позволяет быстро тестировать наночастицы для терапевтической доставки
Исследователи разработали новый метод быстрого скрининга способности наночастиц избирательно доставлять терапевтические гены в конкретные органы тела, используя короткие фрагменты ДНК в качестве «штрихкодов». Этот метод может ускорить разработку и применение генной терапии для таких заболеваний, как болезни сердца, рак и болезнь Паркинсона.
Доставка генетических терапевтических агентов (например, на основе ДНК или РНК) в нужные клетки организма затруднена. За последние 20 лет учёные создали наночастицы из широкого спектра материалов, добавляя такие соединения, как холестерин, для улучшения доставки. Однако быстрому развитию наночастиц-носителей мешает «узкое место»: их необходимо сначала тестировать на культурах клеток, и лишь затем — на животных, причём в очень малом количестве. С миллионами возможных комбинаций поиск оптимальной наночастицы для каждого органа был крайне неэффективным.
Используя одноцепочечные фрагменты ДНК длиной всего 58 нуклеотидов, исследователи из Университета Флориды, Технологического института Джорджии и Массачусетского технологического института разработали новый метод тестирования, который пропускает стадию с культурами клеток и позволяет одновременно тестировать сотни различных типов наночастиц всего на нескольких животных.
Исследование, поддержанное Национальными институтами здравоохранения (NIH), было проведено в лабораториях Роберта Лангера и Дэниела Андерсона в MIT и опубликовано 6 февраля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как работает метод
- Каждому типу наночастиц присваивается уникальный фрагмент ДНК («штрихкод»).
- Помеченные наночастицы вводятся мышам.
- Органы животных исследуются на наличие ДНК-штрихкодов с помощью технологий секвенирования, что позволяет одновременно идентифицировать множество разных частиц.
Учёных интересует не только эффективность доставки, но и её избирательность (например, в опухоль, а не в окружающие ткани, или в сердце).
Результаты и перспективы
В исследовании была протестирована доставка 30 различных частиц в восемь тканей животной модели. Полученная «тепловая карта» показала, что одни частицы не поглощались вовсе, а другие попадали в несколько органов. Результаты для частиц, ранее известных своей избирательностью к лёгким и печени, совпали с известными данными.
ДНК-штрихкоды сопоставимы по размеру с терапевтическими агентами, такими как антисмысловые олигонуклеотиды, микроРНК и siRNA. В данной работе наночастицы не доставляли активные терапевтические средства, но это — следующий шаг.
Преимущества и ограничения
- Ускорение скрининга: потенциально можно тестировать сотни частиц одновременно, а не по три.
- Сокращение числа животных: для каждого набора частиц может потребоваться не более трёх животных.
- Ограничения: метод применим только к стабильным в водной среде и нетоксичным наночастицам; необходимо контролировать возможное воспаление от введённой ДНК.
Как отметил один из ведущих авторов работы Джеймс Дальман, метод поможет понять, какие факторы важны для доставки наночастиц и как на этот процесс влияет болезнь. Это может внести ясность в то, как доставлять перспективные препараты на основе нуклеиновых кислот в нужные места в организме.