Улучшение РНК-интерференции
Нанокапсулы, доставляющие короткие цепи РНК, предлагают способ лечения рака и других заболеваний, "выключая" дефектные гены. Хотя этот подход показал некоторый потенциал, учёные до сих пор не были уверены, что именно происходит с наночастицами внутри клеток-мишеней.
Новое исследование MIT проливает свет на судьбу наночастиц и предлагает новые способы максимизировать доставку коротких интерферирующих РНК (siRNA), которые они несут.
"Мы смогли разработать наночастицы, доставляющие груз в клетки, но мы не до конца понимали, как они это делают. Как только вы узнаете механизм, появляется возможность усовершенствовать систему", — говорит Дэниел Андерсон, профессор химической инженерии MIT.
Исследовательская группа под руководством Андерсона изучила, как наночастицы и их лекарственная нагрузка обрабатываются на клеточном и субклеточном уровне. Результаты опубликованы в выпуске Nature Biotechnology от 23 июня.
Один из перспективных подходов — упаковка цепей siRNA в липидоподобный материал. Частицы на его основе уже проходят клинические испытания для лечения рака печени.
Через процесс РНК-интерференции siRNA нацеливается на матричную РНК (mRNA), которая несёт генетические инструкции от ДНК клетки. Связывание siRNA с mRNA разрушает её сообщение, что позволяет "отключить" гены, позволяющие раковым клеткам бесконтрольно расти.
Учёные знали, что наночастицы попадают в клетки через эндоцитоз. Команда MIT обнаружила, что внутри клетки они застревают в пузырьках — эндоцитарных везикулах. Это мешает большей части siRNA достичь своей цели — mRNA, расположенной в цитозоле (основном теле клетки).
"Мы считаем, что эти частицы можно сделать эффективнее. Они уже работают в дозах микрограмм лекарства на килограмм веса животного, но такие исследования дают нам подсказки, как улучшить их работу", — отмечает Андерсон.
Молекулярная пробка
Исследователи выяснили, что после поглощения клеткой липидно-РНК-наночастицы разрушаются примерно за час и выводятся из клетки.
Они также идентифицировали белок Niemann Pick type C1 (NPC1) как ключевой фактор в процессе утилизации наночастиц. Без этого белка частицы не могли выводиться из клеток, что давало siRNA больше времени для достижения цели.
"В отсутствие NPC1 возникает пробка, и у siRNA появляется больше времени, чтобы выбраться из неё", — поясняет Гаурав Сахай, постдок MIT и ведущий автор статьи.
В исследованиях на клетках, выращенных в лаборатории без NPC1, уровень генного сайленсинга (подавления экспрессии гена) с помощью РНК-интерференции оказался в 10–15 раз выше, чем в нормальных клетках.
Отсутствие NPC1 также вызывает редкое лизосомное болезнь накопления, обычно смертельную в детском возрасте. Полученные данные позволяют предположить, что пациенты с этим расстройством могут получить значительную пользу от потенциальной терапии siRNA с помощью таких наночастиц.
Исследователи также ищут другие факторы, участвующие в утилизации наночастиц, на которые можно было бы воздействовать, чтобы замедлить или заблокировать этот процесс. Это может значительно повысить эффективность препаратов на основе РНК-интерференции.
"Эта статья описывает новый и очень важный способ повысить эффективность систем доставки siRNA, ингибируя белки, которые выводят импортированный материал обратно из клетки. Возможно, этот подход позволит добиться улучшения эффективности на порядок, необходимого для более широкого применения siRNA-терапии", — отмечает Питер Каллис, профессор биохимии Университета Британской Колумбии.