Новые улучшенные молекулы для доставки лекарств в скелетные мышцы
Исследователи из Токийского столичного университета создали новую молекулу для доставки лекарств — цвиттерионный полимерный комплекс, который помогает доставить плазмидную ДНК (pDNA) внутрь клеток при инъекции в скелетную мышцу. Это ключевой шаг для экспрессии терапевтических РНК и белков. Исследование опубликовано в журнале Biomaterials Science.
Новое соединение эффективно связывается с pDNA, не влияя на её структуру. При инъекции в мышцы мышей команда наблюдала широкую экспрессию гена.
Проблема и подход
Многие современные методы доставки, например липидные наночастицы для мРНК-вакцин, сталкиваются с такими проблемами, как нежелательная агрегация носителя. Команда под руководством профессора Сёитиро Асаямы изучала использование полиионов — полимеров с электрическим зарядом — для доставки pDNA в клетки.
Плазмидная ДНК может транскрибироваться в матричную РНК (мРНК) или транслироваться в белки, что делает её универсальным средством для терапии. Она также является отрицательно заряженным полимером, который может связываться с положительно заряженными полиионами. Однако просто создать крупный положительно заряженный полимер не идеально, так как его заряд может быть токсичен для клеток.
Решение: цвиттерионный полимер
Исследователи создали первый цвиттерионный полимерный комплекс (CA-PVIm) с имидазолиевым катионом (положительный заряд), способный образовывать комплекс с pDNA.
- Преимущество имидазолия: положительный заряд распределён по кольцу атомов, что обеспечивает прочное связывание с pDNA.
- Отрицательный заряд обеспечивали карбоксильные группы, разделённые короткой углеводородной цепью. Их доля в полимерной цепи варьировалась.
Результаты экспериментов
- In vitro: Новое соединение в растворе имело слой связанных молекул воды, что может делать его биоинертным. Смешивание с pDNA и последующий анализ показали успешное образование комплекса CA-PVIm/pDNA. Структура pDNA при этом сохранялась.
- In vivo (мыши): Инъекция комплекса в мышечную ткань привела к экспрессии гена от pDNA на значительно большей площади по сравнению с "голой" pDNA. Это доказало, что полиион попадает в клетки и осуществляет "эндо́сомный побег".
Был определён оптимальный состав полимера — CA(7)-PVIm, где 7% доступных сайтов несут отрицательный заряд, — который показал наибольшую эффективность.
Перспективы
Способность доставлять терапевтический груз в большие массивы мышц открывает перспективы для новых методов лечения серьёзных мышечных заболеваний.