Экспериментальная терапия может исправить мутации, вызывающие генетические заболевания
Новая технология, основанная на вирусе, заражающем моль, и наномагнитах, может быть использована для редактирования дефектных генов, вызывающих такие заболевания, как серповидноклеточная анемия, мышечная дистрофия и кистозный фиброз.
Биоинженер Райсовского университета Ганг Бао объединил магнитные наночастицы с вирусным контейнером, полученным от определенного вида моли, для доставки CRISPR/Cas9 с целью модификации генов в конкретной ткани или органе с пространственным контролем.
Поскольку магнитные поля легко управляемы и, в отличие от света, легко проходят через ткани, Бао и его коллеги хотят использовать их для контроля экспрессии вирусной нагрузки в целевых тканях путем активации вируса, который в противном случае инактивируется в крови.
Исследование опубликовано в Nature Biomedical Engineering.
В природе CRISPR/Cas9 усиливает иммунную систему микробов, записывая ДНК захватчиков. Это дает микробам способность распознавать и атаковать возвращающихся захватчиков, но ученые стремятся адаптировать CRISPR/Cas9 для ремонта мутаций, вызывающих генетические заболевания, и для манипуляций с ДНК в лабораторных экспериментах.
CRISPR/Cas9 имеет потенциал остановить наследственные заболевания — если ученые смогут доставить механизм редактирования генома в нужные клетки внутри тела. Но препятствия остаются, особенно в доставке полезной нагрузки для редактирования генов с высокой эффективностью.
Бао заявил, что для лечения многих заболеваний необходимо редактировать клетки в организме. «Но эффективная доставка механизма редактирования генома в целевую ткань организма с пространственным контролем остается серьезной проблемой, — сказал Бао. — Даже если вы вводите вирусный вектор локально, он может просочиться в другие ткани и органы, и это может быть опасно».
Транспортное средство доставки, разработанное группой Бао, основано на вирусе, заражающем Autographa californica (также известную как люцерновая совка), моль, родом из Северной Америки. Цилиндрический бакуловирусный вектор (BV), часть вируса, несущая полезную нагрузку, считается крупным — до 60 нанометров в диаметре и 200-300 нанометров в длину. Это достаточно велико, чтобы транспортировать более 38 000 пар оснований ДНК, чего хватит для поставки нескольких единиц редактирования генов в целевую клетку, сказал Бао.
Он отметил, что идея объединить BV и магнитные наночастицы возникла в ходе обсуждений с постдокторантом Райсовского университета и соавтором исследования Хайбао Чжу, который узнал об этом вирусе во время постдокторской стажировки в Сингапуре, но ничего не знал о магнитных наночастицах, пока не присоединился к лаборатории Бао. Команда Райса имела предыдущий опыт использования наночастиц оксида железа и приложенного магнитного поля для временного открытия стенок кровеносных сосудов, чтобы пропустить крупномолекулярные препараты.
«Мы действительно не знали, сработает ли это для редактирования генов, но подумали: "Стоит попробовать"», — сказал Бао.
Исследователи используют магнитные наночастицы для активации BV и доставки полезной нагрузки для редактирования генов только туда, где это необходимо. Для этого они используют преимущество белка иммунной системы под названием C3, который обычно инактивирует бакуловирусы.
«Если мы объединим BV с магнитными наночастицами, мы можем преодолеть эту деактивацию, применяя магнитное поле, — сказал Бао. — Прелесть в том, что когда мы доставляем его, редактирование генов происходит только в ткани или части ткани, где мы применяем магнитное поле».
Применение магнитного поля позволяет осуществить трансдукцию BV — процесс доставки полезной нагрузки, который вводит груз для редактирования генов в целевую клетку. Полезная нагрузка также представляет собой ДНК, которая кодирует как репортерный ген, так и систему CRISPR/Cas9.
В тестах BV был загружен зелеными флуоресцентными белками или люциферазой светлячка. Клетки с белком ярко светились под микроскопом, и эксперименты показали, что магниты были высокоэффективны для целевой доставки грузов BV как в клеточных культурах, так и у лабораторных животных.
Бао отметил, что его и другие лаборатории работают над доставкой CRISPR/Cas9 с помощью адено-ассоциированных вирусов (AAV), но он сказал, что вместимость BV для терапевтического груза примерно в восемь раз больше. «Однако необходимо повысить эффективность трансдукции BV в целевые клетки», — добавил он.