Форма наночастиц для ДНК-терапии имеет решающее значение

Учёные из Университета Джонса Хопкинса и Северо-Западного университета научились контролировать форму наночастиц, доставляющих ДНК в организме, и показали, что форма этих носителей может значительно влиять на эффективность лечения рака и других заболеваний.

Исследование, которое будет опубликовано 12 октября в онлайн-версии журнала Advanced Materials, также примечательно тем, что в этой технике генной терапии не используется вирус для доставки ДНК в клетки. Некоторые методы генной терапии, основанные на вирусах, представляли риски для здоровья.

«Эти наночастицы могут стать более безопасным и эффективным средством доставки для генной терапии, нацеленной на генетические заболевания, рак и другие болезни», — сказал Хай-Цюань Мао, доцент материаловедения и инженерии.

Суть метода:

• ДНК сжимается в защитных полимерных оболочках.
• Частицы высвобождают генетический материал только после попадания в клетки-мишени.
• Внутри клеток полимер разрушается, высвобождая ДНК, которая служит матрицей для производства функциональных белков.

Ключевое достижение: исследователи смогли «настроить» частицы на три формы, напоминающие стержни, червей и сферы, имитируя формы и размеры вирусных частиц.

Для понимания и контроля процесса формирования форм Мао обратился к коллегам из Северо-Западного университета, которые провели компьютерное моделирование.

«Наши компьютерные симуляции и теоретическая модель обеспечили механистическое понимание, определив причину этого изменения формы, — сказал Эрик Люйтен, соавтор статьи. — Теперь мы можем точно предсказать, как выбрать компоненты наночастиц, чтобы получить определённую форму».

Моделирование было чрезвычайно сложным: некоторые вычисления требовали одновременной работы 96 процессоров в течение месяца.

Экспериментальное подтверждение: в тестах на животных с использованием одинаковых материалов и ДНК, но разной формы частиц, была выявлена огромная разница в эффективности.

«Частицы в форме червей привели к в 1600 раз большему уровню экспрессии гена в клетках печени, чем частицы других форм», — сообщил Мао.

Формирование частиц происходит при упаковке ДНК с полимерами и воздействии различных концентраций органического растворителя. Отталкивание ДНК от растворителя при участии специального полимера заставляет наночастицы сжиматься в определённую форму, образуя «щит» вокруг генетического материала для защиты от иммунных клеток.