Новые наночастицы для редактирования генов в лёгких

Инженеры MIT и Медицинской школы Университета Массачусетса разработали новый тип наночастиц, которые можно вводить в лёгкие для доставки матричной РНК (mRNA), кодирующей полезные белки.

В дальнейшем эти частицы могут стать основой для ингаляционного лечения муковисцидоза и других лёгочных заболеваний.

«Это первая демонстрация высокоэффективной доставки РНК в лёгкие мышей. Мы надеемся, что её можно будет использовать для лечения или коррекции целого ряда генетических заболеваний, включая муковисцидоз», — говорит профессор Дэниел Андерсон.

В исследовании на мышах учёные использовали частицы для доставки mRNA, кодирующей компоненты системы редактирования генов CRISPR/Cas9. Это открывает путь к созданию терапевтических наночастиц, способных вырезать и заменять болезнетворные гены.

Старшими авторами исследования, опубликованного в Nature Biotechnology, являются Андерсон, профессор Роберт Лангер и доцент Вэнь Сюэ.

Нацеливание на лёгкие

Основным препятствием для терапевтического применения mRNA до сих пор была сложность доставки в нужную часть тела. Инъецируемые наночастицы часто накапливаются в печени. В новом исследовании учёные сосредоточились на разработке липидных наночастиц, способных эффективно доставлять груз именно в лёгкие.

Частицы состоят из молекул с двумя частями: положительно заряженной «головкой» и длинным липидным «хвостом». Положительный заряд помогает взаимодействовать с отрицательно заряженной mRNA и способствует её высвобождению внутри клетки. Структура липидного хвоста, в свою очередь, помогает частицам проходить через клеточную мембрану.

Исследователи создали 10 различных структур для липидных хвостов и 72 варианта «головок». Скрининг комбинаций этих структур на мышах позволил выявить наиболее эффективные для доставки в лёгкие.

Эффективная доставка

В тестах на мышах частицы доставляли mRNA, кодирующую CRISPR/Cas9, чтобы вырезать стоп-сигнал в геноме клеток лёгких. Удаление этого сигнала активировало ген флуоресцентного белка, что позволило измерить процент успешно трансфицированных клеток.

• После одной дозы mRNA около 40% лёгочных эпителиальных клеток были трансфицированы.
• Две дозы повысили уровень до более 50%.
• Три дозы — до 60%.

Ключевые для лечения лёгочных заболеваний типы клеток — клубковые и реснитчатые клетки — были трансфицированы примерно в 15% случаев.

«Это означает, что клетки, которые нам удалось отредактировать, как раз и являются клетками-мишенями для лёгочных заболеваний. Эти липиды позволяют доставлять mRNA в лёгкие гораздо эффективнее, чем любая другая известная система доставки», — отмечает ведущий автор Бовен Ли.

Новые частицы быстро разлагаются, что позволяет вывести их из лёгких за несколько дней и снижает риск воспаления. Их также можно вводить многократно, в отличие от подходов с использованием модифицированных аденовирусов, которые вызывают иммунный ответ.

В данном исследовании частицы вводили методом интратрахеальной инстилляции. Сейчас учёные работают над повышением стабильности наночастиц, чтобы их можно было аэрозолизировать и вдыхать с помощью небулайзера.

В планах исследователей — испытать частицы для доставки mRNA, корректирующей генетическую мутацию, вызывающую муковисцидоз, на мышиной модели, а также разработать методы лечения других заболеваний лёгких и mRNA-вакцины для прямой доставки в лёгкие.