Точная легочная медицина: инженеры нацелились на заболевания легких с помощью липидных наночастиц

Инженеры Пенсильванского университета разработали новый способ доставки лекарств в легкие с помощью липидных наночастиц (LNP) — крошечных капсул, используемых в вакцинах Moderna и Pfizer-BioNTech против COVID-19 для доставки mRNA. Это открывает путь к новым методам лечения легочных заболеваний, таких как муковисцидоз.

В статье, опубликованной в Nature Communications, Майкл Дж. Митчелл, доцент кафедры биоинженерии, демонстрирует новый эффективный метод определения, какие LNP с большей вероятностью свяжутся с легкими, а не с печенью. «В силу особенностей строения печени, LNP, как правило, фильтруются в клетки печени и с трудом попадают куда-либо еще. Возможность нацелиться на легкие потенциально может изменить жизнь для пациентов с раком легких или муковисцидозом», — говорит Митчелл.

Предыдущие исследования показали, что катионные липиды (липиды с положительным зарядом) с большей вероятностью успешно доставляют свой груз в легочную ткань. «Однако коммерческие катионные липиды обычно обладают высоким положительным зарядом и токсичны», — отмечает Лулу Сюэ, научный сотрудник лаборатории Митчелла и первый автор статьи. Поскольку клеточные мембраны заряжены отрицательно, липиды со слишком сильным положительным зарядом могут буквально разрывать клетки-мишени.

Обычно для индивидуального тестирования членов «библиотеки» LNP — химических вариантов с разной структурой и свойствами — с целью найти частицу с низким зарядом и высокой вероятностью доставки лекарства в легкие потребовались бы сотни мышей.

Вместо этого Сюэ, Митчелл и их коллеги использовали так называемую «штрихкодированную ДНК» (b-DNA), чтобы пометить каждую LNP уникальной цепочкой генетического материала. Это позволило ввести пул различных LNP всего нескольким животным-моделям. Затем, после распространения LNP по разным органам, b-DNA можно было отсканировать, как товар в супермаркете, чтобы определить, какие именно LNP попали в легкие.

После идентификации LNP, успешно проникшей в клетки легких, исследователи ввели эту молекулу мышам, страдающим от рака легких. Лечение оказало выраженный положительный эффект, значительно уменьшив размер опухоли за счет доставки цепочек mRNA и gRNA, подавляющих рост легочных опухолей. «Эта технология поможет ускорить разработку mRNA-терапий за пределами печени», — говорит Сюэ, указывая на скорость, низкую стоимость и эффективность метода.