Исследователи наночастиц разработали микрофлюидную платформу для улучшения доставки генной терапии при заболеваниях легких
Исследователи доставки лекарств из Университета штата Орегон разработали устройство, способное улучшить генную терапию для пациентов с наследственными заболеваниями легких, такими как муковисцидоз.
Ученые из Фармацевтического колледжа OSU продемонстрировали на моделях клеточных культур и мышей новую технику аэрозолизации ингаляционных наночастиц. Эти наночастицы могут доставлять матричную РНК (mRNA) — технологию, лежащую в основе вакцин против COVID-19 — в легкие пациентов.
Результаты важны, потому что текущий метод небулизации наночастиц подвергает их сдвиговому напряжению. Это ухудшает их способность инкапсулировать генетический материал и заставляет их скапливаться в определенных областях легких, а не распределяться равномерно.
Исследование под руководством профессора фармацевтических наук Гаурава Сахая опубликовано в ACS Nano.
Лаборатория Сахая изучает липидные наночастицы (LNPs) как средство доставки генов, уделяя особое внимание муковисцидозу. Это прогрессирующее генетическое заболевание, приводящее к стойкой легочной инфекции, которое поражает 30 000 человек в США, с примерно 1000 новых случаев ежегодно.
Заболевание вызывает один дефектный ген — трансмембранный регулятор муковисцидоза (CFTR). Оно характеризуется обезвоживанием легких и накоплением слизи, блокирующей дыхательные пути.
Липиды — это органические соединения, содержащие жирные кислоты, а наночастицы — крошечные частицы материала размером от одной до 100 миллиардных долей метра. Матричная РНК доставляет клеткам инструкции для создания определенного белка.
В случае вакцин от коронавируса mRNA, переносимая липидными наночастицами, инструктирует клетки создать безвредный фрагмент спайкового белка вируса, что вызывает иммунный ответ организма. В качестве терапии муковисцидоза генетический материал исправит дефект в гене CFTR у пациентов.
«Мы использовали новый микрофлюидный чип, который помогает генерировать струи, несущие наночастицы, и не вызывает сдвигового напряжения», — сказал Сахай. «Это устройство основано на той же идее, что и картридж струйного принтера, который генерирует струи для печати слов на бумаге».
Четыре года назад стартап из Орегона Rare Air Health Inc. обратился к Сахаю с идеей использования микрофлюидной технологии для аэрозолизации и доставки липидных наночастиц.
Микрофлюидика изучает поведение жидкостей при прохождении через микроминиатюрные устройства с каналами и камерами или при нахождении в них. На микроуровне доминируют поверхностные, а не объемные силы, поэтому жидкости ведут себя иначе, чем в обычной жизни.
«Когда ко мне обратились из Rare Air, я подумал, что устройство может отлично подойти для наших целей. Последовали обширные исследования, которые продемонстрировали превосходство этого устройства в генерации аэрозольных наночастиц по сравнению с клинически используемыми вибрирующими сетчатыми небулайзерами», — сказал Сахай.
«Устройство не позволяет наночастицам агрегировать и может доставлять mRNA с более высокой точностью, чем существующие технологии. Дополнительный плюс в том, что этим устройством можно управлять цифровым способом, и Rare Air разрабатывает прототипы для использования человеком».
В исследовании также участвовали ученые из Funai Microfluidic Systems (Лексингтон, Кентукки).
«Funai специализируется на струйных технологиях и массовом производстве таких чипов; они тесно сотрудничали, чтобы адаптировать устройство для аэрозолизации», — сказал Сахай, который также является советником и консультантом Rare Air. «Это исследование демонстрирует союз новых устройств и науки о формулировках, который может оказать огромное влияние на здоровье человека».