Наночастицы доставляют микроРНК к мышечным стволовым клеткам для потенциального лечения мышечной дистрофии
Исследователи в рамках международного сотрудничества совершили важный прорыв в терапевтической доставке микроРНК для лечения мышечной дистрофии Дюшенна — заболевания, на сегодняшний день неизлечимого.
Мышечная дистрофия Дюшенна — это генетическое заболевание, характеризующееся прогрессирующей потерей мышечной массы из-за мутаций в гене дистрофина. Без функционального белка мышцы не могут правильно функционировать и восстанавливаться, что приводит к ухудшению состояния скелетных, сердечных и дыхательных мышц. Поскольку ген дистрофина находится в X-хромосоме, заболевание в основном поражает мужчин, а женщины обычно являются носителями.
Исследователи разработали стратегию лечения мышечной дистрофии, использующую наночастицы в качестве транспортных средств для доставки терапевтических микроРНК к мышечным стволовым клеткам. Попав внутрь клеток, наночастицы высвобождают микроРНК, чтобы стимулировать производство мышечных волокон.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
МикроРНК — это класс молекул РНК, играющих ключевую роль в регуляции генов. Доставка микроРНК через кровоток осложнена из-за низкой стабильности и проникновения. В этом контексте наночастицы действуют как безопасные биопереносчики и улучшают доставку терапии.
В своей работе исследователи разработали аптамер — молекулу, которая избирательно распознает другие специфические молекулы, в данном случае белки, находящиеся в мышечных стволовых клетках. Комбинируя аптамер с наночастицей, они смогли с высокой точностью высвобождать микроРНК в мышечных стволовых клетках и реактивировать мышечную регенерацию.
Исследователи сообщили об активности системы в клеточных и животных моделях, где наблюдали не только регенерацию мышц на клеточном уровне, но и восстановление на функциональном уровне. Мышцы обработанных мышей улучшились и стали сильнее после лечения, повысив функциональные возможности животных.
Терапевтические молекулы попадают в цель
Обычно при внутривенном введении наночастицы обычно накапливаются в печени или почках, в зависимости от их размера. Кроме того, в этом процессе наноструктура покрывается белками плазмы — так называемой белковой короной, которая модулирует биораспределение наночастицы. Эти процессы значительно влияют на место накопления наночастиц, снижая эффективность лечения.
В данном исследовании нановезикулы, модифицированные упомянутым аптамером, предпочтительно накапливаются в мышцах и, в частности, в мышечных стволовых клетках, где высвобождают микроРНК, активируя регенерацию мышц.
Разработка аптамеров
Аптамеры — это цепи ДНК или РНК, которые принимают специфическую трехмерную структуру, позволяющую им связываться с высокой аффинностью с молекулами-мишенями. Их работа аналогична работе антител, что дает им широкий потенциал в качестве биосенсоров, а также в терапии и диагностике.
Поиск аптамера, подходящего к желаемой терапевтической мишени, похож на поиск иголки в стоге сена. Для этого часто используется итеративный процесс SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment), облегчающий выбор последовательностей ДНК или РНК с высокой аффинностью к целевой молекуле. Для этого генерируется случайная библиотека из триллионов последовательностей нуклеиновых кислот, которая затем инкубируется с целевой молекулой. Вероятно, что некоторые из цепей в библиотеке имеют сродство к целевой молекуле.
Затем через последующие этапы промывки и амплификации отбирается семейство последовательностей с высокой аффинностью. Наконец, наиболее эффективные последовательности обычно оптимизируются для стабильности и функциональности в терапевтических или диагностических приложениях.
В своей недавней работе исследователи конъюгировали наночастицы с аптамером против интегрина α7/β1 — очень специфичного поверхностного рецептора, экспрессируемого мышечными предшественниками и дифференцированными миофибрами, который практически отсутствует в других органах или тканях. Таким образом, наночастицы, конъюгированные с аптамером, смогли эффективно нацеливаться на мышцы с высокой селективностью к мышечным стволовым клеткам.
Альваро Сомоса, ведущий автор исследования, очень воодушевлен результатами: «Есть два очень примечательных момента. Во-первых, эффективная доставка микроРНК в нужный орган, что повышает эффективность терапии. С другой стороны, этот подход предотвращает накопление в других органах, таких как мозг, почки или печень, что является ключевым для предотвращения побочных эффектов».
Платформа доставки нуклеиновых кислот, таких как микроРНК, разработанная командой профессора Сомосы, является биосовместимой, нетоксичной и неиммуногенной, и ее можно легко адаптировать для высвобождения олигонуклеотидов различных типов для лечения различных заболеваний.
Работа является результатом сотрудничества исследователей из IMDEA Nanociencia (Мадрид) под руководством Альваро Сомосы; Università Cattolica del Sacro Cuore (Рим) под руководством Даниэлы Паласиос; и Университета Бордо под руководством Жан-Жака Тулема.