Наноконтейнеры для наногруза: доставка генов и белков для клеточной визуализации, генной медицины и терапии рака
Ученые из Военно-морской исследовательской лаборатории США и Университета Мэриленда разработали систему доставки на основе наночастиц фага T4, способную одновременно транспортировать в клетки как белки, так и нуклеиновые кислоты.
Суть технологии:
- В икосаэдрические наночастицы на основе капсида (белковой оболочки) бактериофага T4 можно упаковать специфические белки in vivo и чужеродную ДНК in vitro.
- В эксперименте в наночастицы in vivo упаковали активный фермент Cre-рекомбиназу, а in vitro — плазмидную ДНК, кодирующую флуоресцентный белок mCherry.
- При доставке в раковые клетки Cre-рекомбиназа, высвобождаясь из наночастицы, циркуляризовала линейную ДНК, что усиливало экспрессию mCherry.
Ключевые преимущества:
- Уникальная упаковка белка: В отличие от большинства вирусных наночастиц, у которых нет специализированной системы упаковки белков, фаг T4 в процессе сборки in vivo может инкапсулировать функциональные ферменты (показано для Cre-рекомбиназы и как минимум восьми других белков).
- Большая вместимость: T4-наноконтейнер может нести до 50 т.п.н. экзогенной линейной ДНК вместе с ферментами.
- Безопасность: Система доставки T4 считается более безопасной и контролируемой, чем терапия с использованием инфекционных вирусных векторов животных, которые встраивают ген в хромосому случайным образом.
- Специфичность: На поверхность капсида можно добавить лиганды (например, белки SOC и HOC) для таргетной доставки в клетки с определенными маркерами.
Потенциальные применения:
- Генная терапия и редактирование: Доставка системы CRISPR-Cas9 (фермента Cas9 и направляющей sgRNA) вместе с рекомбиназами (Cre или λ-red) для гомологичной рекомбинации и точной замены мутировавшего гена в хромосоме.
- Терапия рака: Таргетная доставка токсичных белков и плазмид, продуцирующих нейтрализующие пептиды или антитела, в раковые клетки.
- Лечение ВИЧ: Доставка в Т-лимфоциты плазмид, экспрессирующих растворимый CD40 для блокирования инфекции, или антител и анти-ВИЧ плазмидной ДНК.
- Коррекция генетических заболеваний: Например, лечение дефицита аденозиндезаминазы (ADA) путем доставки белково-ДНКового комплекса для экспрессии ADA в стволовых клетках.
- Биозащита: Разработка систем для доставки терапевтических пептидов или антител в клетки, подвергшиеся воздействию биологических угроз (токсины, вирусы).
Будущие направления: Ученые планируют создать T4-частицы, упаковывающие экзонуклеазы и другие рекомбиназы вместе с целевой ДНК, для вставки генов в линии стволовых клеток с генетическими дефектами.