Липидные наночастицы для доставки мРНК в клетки сердечной мышцы
Сердечно-сосудистые заболевания остаются ведущей причиной смерти в мире, но прогресс в терапии сердечной недостаточности замедлился из-за сложности доставки препаратов на клеточном уровне. Исследователи под руководством UC Berkeley, возможно, решили эту проблему, открыв путь к новым методам лечения.
В основе их подхода лежит микрофизиологическая система сердца человека (MPS) или «сердце-на-чипе». Это миниатюрная модель человеческого сердца с 3D-микромышцами, состоящая из микрофлюидных каналов (уже человеческого волоса), выстланных живыми человеческими клетками. Управляя потоком жидкости, можно имитировать физиологию сердца.
Используя эту систему, учёные из UC Berkeley, Gladstone Institutes и UCSF обнаружили липидную наночастицу, способную проникать в плотную сердечную мышцу и эффективно доставлять терапевтическую матричную РНК (мРНК) в кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы).
Результаты опубликованы в Nature Biomedical Engineering.
Липидные наночастицы — это сферические частицы из жиров, инкапсулирующие терапевтические агенты. Они считаются наиболее клинически продвинутой невирусной системой доставки мРНК, используемой в геномном редактировании и вакцинах (Pfizer-BioNTech, Moderna).
Ключевой проблемой является эндосомальный выход. Эндосома действует как клеточная «сортировочная станция»: если терапевтический агент застревает в ней, он деградирует. Для эффективности липидная наночастица должна выйти из эндосомы в цитоплазму, где мРНК сможет оказать максимальный терапевтический эффект.
Для решения этой проблемы исследователи синтезировали липидные наночастицы с новым кислоторазлагаемым полиэтиленгликолевым (PEG) покрытием, которое должно было легко диффундировать через сердечную ткань и покидать эндосому. На модели «сердце-на-чипе» они протестировали разные варианты и определили наиболее эффективную версию для доставки терапии генного редактирования в кардиомиоциты. Позже те же наночастицы показали аналогичные положительные результаты на сердцах мышей.
По словам со-руководителя исследования Кевина Хили, подход с использованием органа-на-чипе позволяет точнее предсказывать результаты тестов на живых организмах и ускорить разработку мРНК-терапий для сердца. Ключевое преимущество — способность модели воспроизводить сложные 3D-клеточные среды микротканей, что превосходит простые 2D-модели (одиночный слой клеток в чашке Петри).
«Наша платформа позволяет быстрее и с меньшим использованием животных идентифицировать эффективные липидные наночастицы для безопасной доставки этих терапий... Используя органы-на-чипе для прогнозирования доставки в сердце и безопасности, мы можем ускорить разработку терапий сердечной недостаточности, кардиопротекторных факторов и генной коррекции, сократив время и стоимость перевода в клинику», — отметил Кевин Хили, профессор биоинженерии и материаловедения UC Berkeley.