SCP-Nano: Новая технология визуализирует наноносители в клетках и тканях

Исследователи из Helmholtz Munich, Университета Людвига-Максимилиана (LMU) и Мюнхенского технического университета (TUM) разработали метод, который впервые позволяет точно детектировать наноносители — крошечные транспортные средства — по всему телу мыши на уровне единичных клеток.

Эта инновация, названная Single-Cell Profiling of Nanocarriers (SCP-Nano), сочетает передовую визуализацию с искусственным интеллектом. Результаты опубликованы в Nature Biotechnology.

Роль наноносителей и принцип работы SCP-Nano

Наноносители играют ключевую роль в целевой доставке лекарств, генов или белков к клеткам. SCP-Nano позволяет анализировать распределение крайне низких доз наноносителей по всему телу мыши, визуализируя каждую клетку, которая их поглотила.

Метод сочетает оптическое очищение тканей, микроскопию на световом листе и алгоритмы глубокого обучения. Сначала целые тела мышей делают прозрачными. После трёхмерной визуализации наноносители в тканях можно идентифицировать вплоть до уровня одной клетки. AI-анализ позволяет количественно оценить, какие клетки и ткани взаимодействуют с наноносителями и где именно это происходит.

Практическое применение

С помощью SCP-Nano команда под руководством Али Эртюрка проанализировала различные наноносители:

• Липидные наночастицы (LNPs) — обеспечивают доставку РНК, что лежит в основе современных мРНК-вакцин.
• Структуры ДНК-оригами — легко программируемы.
• Аденосвязанные вирусы (AAVs) — высокоэффективные носители для генной терапии.

Исследователи показали, что структуры ДНК-оригами можно направлять преимущественно к иммунным клеткам, а варианты AAV нацелены на определённые области мозга и жировую ткань.

Критически важно, что платформа также выявила, что липидные наночастицы, несущие мРНК-терапевтики, могут накапливаться в ткани сердца. Таким образом, SCP-Nano позволяет обнаруживать потенциально проблемные внецелевые ткани и связанные с ними токсичности до начала клинических испытаний.

Непревзойдённая точность

«С помощью SCP-Nano мы можем обнаруживать наноносители по всему телу в невероятно низких дозах — до 0,0005 мг/кг, — говорит первый автор исследования доктор Цзе Луо. — Это даёт нам совершенно новую перспективу того, как эти крошечные транспортные средства взаимодействуют с органами и клетками». Особенно важно, что SCP-Nano может выявить нежелательное накопление в сердце или печени.

Эртюрк объясняет механизм аналогией с доставкой посылок: «SCP-Nano позволяет отследить, куда именно доставляются эти „посылки“ — достигают ли они точного пункта назначения или случайно оказываются в нежелательных местах».

Будущее персонализированной медицины

«SCP-Nano не только поможет оценить безопасность существующих наноносителей, но и будет стимулировать разработку новых, высокотаргетированных применений, — говорит Луо. — Платформа также может помочь отслеживать успех мРНК-терапий или рано обнаруживать потенциальные побочные эффекты».

Объединяя передовые технологии визуализации и ИИ, SCP-Nano предлагает новый уровень понимания взаимодействия терапий с организмом и может быть легко расширена для работы с человеческими тканями и органами.

SCP-Nano знаменует важный шаг к более безопасной и эффективной терапии в таких областях, как лечение рака, генная терапия и разработка вакцин.