Холестерин усиливает доставку РНК-препаратов с помощью экзосом

Технология РНК-интерференции (RNAi) обладает огромным потенциалом для регуляции экспрессии генов и стала передовой технологией для лечения генетических заболеваний и рака. Однако эффективная доставка и безопасность малых интерферирующих РНК (siRNA) остаются ключевыми проблемами для клинического применения.

Экзосомы, как естественные наноразмерные внеклеточные везикулы, стали объектом активных исследований для оптимизации доставки siRNA благодаря своей биосовместимости, стабильности, длительному времени циркуляции in vivo и способности к точному нацеливанию на ткани. Однако традиционная доставка экзосомами в основном зависит от эндоцитоза, что приводит к быстрой деградации молекул РНК в лизосомах и ограничивает эффективность.

В исследовании, опубликованном в Nature Nanotechnology, команда под руководством Гань Юна и Юй Мяожун из Шанхайского института фармацевтических наук Китайской академии наук в сотрудничестве с группой Ху Гоцина из Чжэцзянского университета, объединив теоретическое моделирование с экспериментальными исследованиями, раскрыла ключевую роль холестерина в регуляции доставки РНК-препаратов экзосомами и лежащий в основе механизм.

Используя стратегию контролируемой мембранной инженерии, исследователи приготовили экзосомы с разным содержанием холестерина, такие как экзосомы молока, экзосомы имбиря и экзосомы, полученные из опухолевых клеток. С помощью таких технологий, как просвечивающая электронная микроскопия, они всесторонне охарактеризовали поведение клеточного захвата этих экзосом.

Результаты показали, что увеличение содержания холестерина в мембране экзосом значительно усиливает её взаимодействие с мембраной клетки-мишени, способствуя проникновению экзосомы в клетку через слияние мембран, а не через эндоцитоз, тем самым обходя ограничение деградации в лизосомах.

Молекулярные модели также показали, что богатые холестерином экзосомы демонстрируют более сильную деформируемость мембраны и могут увеличивать площадь контакта с клеточной мембраной, тем самым доставляя siRNA непосредственно в цитоплазму с высокой эффективностью через механизм слияния мембран.

В эксперименте in vitro экзосомы молока, обогащённые 30% холестерина (30%Chol/MEs), успешно доставили siRNA против PLK1, значительно снизив уровни экспрессии мРНК и белка PLK1 и вызвав апоптоз опухолевых клеток. Эффект был значительно лучше, чем у традиционных трансфекционных агентов Lipo 2000 и RNAiMAX.

Эксперимент in vivo дополнительно подтвердил, что 30% Chol/MEs/siPLK1 могут эффективно ингибировать рост опухоли в модели колоректальной опухоли у мышей как при пероральном, так и при внутривенном введении, что указывает на большой потенциал этих специальных экзосом в качестве векторов для генной терапии.

Таким образом, успешная модуляция содержания холестерина в мембранах экзосом для стимулирования переноса груза через слияние мембран открывает захватывающие возможности для разработки более безопасных и эффективных стратегий генной терапии.