Наноразмерный контейнер доставляет крупные генно-терапевтические препараты и лекарства в клетки
Ученые из Johns Hopkins Medicine сообщают о создании крошечного наноразмерного контейнера, который может проникать внутрь клеток и доставлять белковые лекарства и генные терапии любого размера — даже крупные, связанные с инструментом редактирования генов CRISPR. Если их разработка, созданная из биодеградируемого полимера, пройдет дальнейшие лабораторные испытания, она может предложить эффективный способ доставки крупных медицинских соединений в строго определенные клетки-мишени.
Отчет об их работе опубликован в выпуске Science Advances от 6 декабря.
"Большинство лекарств распространяются по телу беспорядочно и не нацелены на конкретную клетку", — говорит биомедицинский инженер Джордан Грин, руководитель исследовательской группы. — "У нас нет хороших систем для доставки биологических лекарств прямо внутрь клетки, где терапии имели бы наибольшие шансы работать правильно и с меньшими побочными эффектами".
Многие ученые давно ищут лучшие транспортные системы для терапий. Существующие коммерческие методы используют обезвреженные формы вирусов для доставки, но они могут вызывать нежелательный иммунный ответ. Другие методы, например, для клеток крови, более громоздки.
Новый наноразмерный контейнер, разработанный командой Грина, заимствует идею у вирусов, многие из которых имеют сферическую форму и несут как отрицательные, так и положительные заряды. Многие биологические лекарства состоят из сильно заряженных крупных белков и нуклеиновых кислот, которые отталкиваются от клеток.
Чтобы преодолеть это, аспирант Юань Руй разработал новый биодеградируемый полимерный материал. Чтобы сделать полимер, Руй соединила четыре компонентные молекулы, которые со временем разрушаются и растворяются в воде. Молекулы содержат как положительные, так и отрицательные заряды.
Благодаря балансу зарядов молекулы взаимодействуют, и их атомы водорода связываются с биологической терапией поблизости. В результате образуется наноструктура, содержащая биологическую терапию.
Положительные заряды наноконтейнера взаимодействуют с мембраной клетки, и контейнер поглощается клеточной структурой, называемой эндосомой.
Попав внутрь, наноконтейнер разрывает эндосому, полимеры разрушаются, и лекарство начинает работать внутри клетки.
Результаты испытаний:
Малый белок: Наноконтейнер с малым белком и зеленым флуоресцентным маркером успешно доставил его в большинство клеток почки мыши в культуре.
Крупный белок (иммуноглобулин человека): 90% обработанных клеток почки светились зеленым маркером, прикрепленным к иммуноглобулину. Белки равномерно распространились по клеткам и не застряли в эндосомах.
CRISPR-комплекс (редактирование генов):
- Выключение гена (отключение зеленой флуоресценции) сработало в до 77% клеток, выращенных в лаборатории.
- Добавление или восстановление гена (заставляющее клетки светиться красным) сработало примерно в 4% клеток.
Эксперимент на мышах с опухолью мозга: Наноконтейнеры с компонентами для редактирования генов вводили прямо в мозг мышей. Клетки опухоли мозга, светящиеся красным (успешное редактирование), были обнаружены в нескольких миллиметрах от места инъекции.
Ученые работают над повышением стабильности наноконтейнеров, чтобы их можно было вводить в кровоток и нацеливать на клетки с определенными генетическими признаками. На данную технологию подаются патенты.