Красное свечение помогает идентифицировать наночастицы для доставки РНК-терапий

Новый метод скрининга может значительно ускорить идентификацию наночастиц, пригодных для доставки терапевтической РНК в живые клетки. Техника позволяет исследователям одновременно тестировать сотни наночастиц, определяя, в каких органах они накапливаются, и проверяя, что они успешно доставляют груз РНК в клетки.

Техника основана на подходе, известном как «ДНК-штрихкодирование». В каждую из 150 различных наночастиц для одновременного тестирования вставляются уникальные фрагменты ДНК. Затем наночастицы вводятся животным-моделям и могут достигать таких органов, как печень, селезёнка или лёгкие. Методы генетического секвенирования затем идентифицируют, какие ДНК-меченые наночастицы попали в конкретные органы.

В статье, опубликованной 1 октября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследовательская группа описывает следующий шаг — проверку того, что наночастицы проникли именно в клетки целевых органов. Помимо ДНК-штрихкода, исследователи вставляли в каждую наночастицу фрагмент мРНК, которая кодирует белок «Cre». Белок Cre вызывает красное свечение, идентифицируя клетки, в которые наночастицы проникли и успешно доставили препарат мРНК. Это позволяет определить, какие наночастицы способны доставлять РНК-препараты в клетки конкретных органов.

«Эта техника, названная Быстрая Индикация Обнаружения Наночастиц (FIND), позволит нам идентифицировать правильный носитель гораздо быстрее и дешевле, чем раньше», — сказал Джеймс Э. Дальман. «В результате шансы найти носители для конкретных тканей должны резко возрасти».

Техника FIND заменит скрининг in vitro, который имеет ограниченный успех в идентификации наночастиц-носителей для генетических терапий. Исследование поддержано Национальными институтами здравоохранения (NIH), Фондом исследования муковисцидоза, Фондом болезни Паркинсона и программой наград Bayer по гемофилии.

Терапии на основе РНК и ДНК могут лечить широкий спектр генетических заболеваний, включая атеросклероз. Наночастицы для доставки РНК и ДНК состоят из нескольких ингредиентов, уровни которых можно варьировать, создавая потенциал для десятков тысяч различных наночастиц. Поиск правильной комбинации для нацеливания на конкретные клетки требовал обширного процесса проб и ошибок, что ограничивало использование РНК- и ДНК-терапий.

Использование ДНК-штрихкодирования позволяет одновременно тестировать сотни возможных комбинаций наночастиц в одном животном, но до сих пор исследователи могли определить только то, что комбинация достигла конкретных органов. Теперь, наблюдая, какие клетки в органах светятся красным, они могут подтвердить, что наночастицы несли штрихкоды и доставили функциональные препараты мРНК в клетки.

В статье исследователи сообщают об открытии двух наночастиц, эффективно доставляющих siRNA, sgRNA и мРНК в эндотелиальные клетки селезёнки. Учёные полагают, что их техника может доставлять терапевтическую РНК и ДНК к широкому спектру типов эндотелиальных клеток, а также, возможно, к клеткам иммунной системы и другим типам клеток.

«Теперь, когда у нас есть система, позволяющая исследовать эти вопросы с очень высоким уровнем разрешения, мы хотим нацелиться на другие типы клеток более эффективным способом», — сказал Кори Саго, первый автор статьи.

Дальман ожидает быстрого внедрения новой технологии: «Мы надеемся завершить в ближайшие 12 месяцев несколько проектов, которые обычно требуют лет. FIND можно использовать для доставки в клетки всех видов препаратов нуклеиновых кислот: малых РНК, больших РНК, малых ДНК и больших ДНК».

Впереди технические задачи: показать, что сродство к органам мыши предсказывает эффективность частиц в организме человека, и что подход работает для разных классов генетических терапий.

В лаборатории Дальмана наночастицы производятся на трёх станциях, требующих около 90 секунд на каждый из примерно 250 образцов. Полученные наночастицы проверяются на правильный размер (40–80 нанометров в диаметре), затем очищаются и стерилизуются для инъекции животным.

Через три дня исследователи отделяют светящиеся красным клетки и секвенируют в них фрагменты ДНК, чтобы определить, какие химические составы были наиболее успешны в проникновении в клетки конкретных органов. Наиболее перспективные составы используются для создания новой партии кандидатных наночастиц для нового раунда скрининга, который занимает около недели.

«Каждый отдельный компонент имеет значение, и мы работаем над тем, чтобы каждый компонент был правильным для интересующего нас типа клеток. Требуется большая оптимизация», — отметил Саго.