Новый метод скрининга может ускорить и улучшить терапию на основе мРНК

Терапии на основе матричной РНК (мРНК) потенциально могут лечить широкий спектр заболеваний, включая рак, генетические болезни и, как стало известно в последние годы, смертельные вирусы.

Для работы эти препараты должны доставляться непосредственно в целевые клетки в наноразмерных пузырьках жира, называемых липидными наночастицами (LNP), — мРНК малоэффективна, если не достигает нужного типа клеток.

Исследователи из Технологического института Джорджии и Медицинской школы Университета Эмори сделали шаг к улучшению разработки этих индивидуальных средств доставки, сообщив о своей работе 30 июня в Nature Nanotechnology. Кертис Добровольски и Калина Паунова, стажёры в лаборатории Джеймса Далмана, разработали систему для повышения предсказательной силы доклинических исследований наночастиц. Их открытия уже влияют на направление исследований в этой растущей и конкурентной области.

Последовательность событий

Лаборатория Далмана разработала метод под названием ДНК-штрихкодирование. В этом процессе исследователи вставляют фрагмент ДНК, соответствующий определённой LNP. Затем LNP вводятся, а клетки впоследствии исследуются на наличие «штрихкодов» с помощью генетического секвенирования. Система идентифицирует, какие штрихкоды достигли каких конкретных мишеней, выделяя наиболее перспективные наночастицы. Поскольку многие последовательности ДНК могут быть считаны одновременно, процесс штрихкодирования позволяет проводить множество экспериментов одновременно, ускоряя открытие эффективных липидных наночастиц.

Однако клеточное разнообразие остаётся барьером для доставки лекарств. Клетки, ранее считавшиеся однородными, состоят из различных подмножеств. Команда предположила, что эта химическая и генетическая гетерогенность сильно влияет на то, насколько хорошо LNP могут доставлять мРНК-терапии в клетки.

Для проверки гипотезы исследователи разработали новый инструмент для измерения всех этих факторов одновременно. Их мультиомическая система доставки наночастиц называется секвенированием нацеливания наночастиц на уровне одной клетки (SENT-seq).

Мультиомический подход

Используя SENT-seq, исследователи смогли количественно оценить, как LNP доставляют ДНК-штрихкоды и мРНК в клетки, последующую выработку белка, обеспечиваемую мРНК-препаратом, а также идентичность клетки — в тысячах отдельных клеток.

Этот мультиомический подход может представлять важный скачок вперёд для высокопроизводительного скрининга LNP. Методика SENT-seq позволила команде идентифицировать подтипы клеток, демонстрирующие особенно высокий или низкий захват наночастиц, и гены, связанные с этими подтипами.

Таким образом, помимо тестирования эффективности препарата и реакции определённых клеточных подтипов на наночастицы, они идентифицируют гены, участвующие в успешном захвате LNP. И делают это всё одновременно.

Далман отметил, что данные свидетельствуют о том, что различные клеточные подмножества по-разному реагируют на наночастицы, что влияет на эффективность мРНК-терапии. Способность одновременно считывать высокопроизводительную доставку наночастиц и клеточный ответ на них, по мнению учёных, приведёт к созданию лучших мРНК-терапий.