Инженеры создали наночастицы для доставки инструментов редактирования генов в конкретные ткани и органы
Методы редактирования генов, такие как CRISPR, позволяют с высокой точностью добавлять, удалять или изменять ген в клетке. Однако до сих пор не было способа доставлять лечение в конкретные места в организме. Существующие методы требуют извлечения клеток (например, стволовых или T-клеток), их модификации в лаборатории и последующего введения обратно пациенту — это дорогой и длительный процесс.
Исследователи из Университета Тафтса впервые разработали способ прямой и эффективной доставки комплексов для редактирования генов через гематоэнцефалический барьер в определенные области мозга, в клетки иммунной системы или в конкретные ткани и органы у мышей. Это может открыть новые стратегии лечения неврологических заболеваний, рака, инфекционных и аутоиммунных болезней.
Команда под руководством доцента Цяобина Сю использовала липидные наночастицы (LNPs) — крошечные «пузырьки» из молекул липидов, которые могут заключать в себя ферменты для редактирования и доставлять их к определенным клеткам. Липиды состоят из гидрофильной «головы» и длинного углеводородного «хвоста», соединенных связью на основе азота, серы или кислорода.
Ученые смогли модифицировать поверхность этих LNPs так, чтобы они могли «прилипать» к определенным типам клеток, сливаться с их мембранами и высвобождать ферменты для редактирования генов внутрь клеток.
Химический дизайн и доставка в мозг
Метод основан на комбинаторной химии для создания смеси различных «голов», «хвостов» и линкеров. Это позволяет в лаборатории отобрать кандидатов, способных формировать LNPs, нацеленные на конкретные клетки. Лучшие кандидаты затем тестируются на мышах и дополнительно модифицируются для оптимизации доставки.
В остроумном химическом решении команда использовала нейротрансмиттер в качестве «головы» у некоторых липидов, чтобы помочь частицам преодолеть гематоэнцефалический барьер, обычно непроницаемый для таких крупных комплексов, как LNP. Лаборатория Сю впервые доставила целый комплекс из матричных РНК (mRNA) и ферментов CRISPR в целевые области мозга живого животного.
Небольшие модификации линкеров и «хвостов» липидов также позволили создать LNPs для доставки в мозг:
- Малой молекулы противогрибкового препарата амфотерицина B (для лечения менингита).
- Фрагмента ДНК, который связывается и отключает ген, продуцирующий тау-белок, связанный с болезнью Альцгеймера.
Нацеливание на T-клетки
В более поздних работах команда создала LNPs для доставки комплексов редактирования генов в T-клетки мышей. Эти LNPs сливаются с T-клетками в селезенке или печени, доставляя свое содержимое, которое может изменить молекулярный состав и поведение клетки. Этот подход, использующий LNPs, является более целенаправленным, эффективным и, вероятно, более безопасным, чем предыдущие методы с использованием вирусов.
«Нацеливаясь на T-клетки, мы можем использовать ветвь иммунной системы, которая обладает огромной универсальностью в борьбе с инфекциями, защите от рака и модуляции воспаления и аутоиммунитета», — сказал Сю.
Механизм нацеливания
В экспериментах по доставке в клетки легких ученые обнаружили, что после инъекции наночастицы захватывают специфические белки из кровотока. Эти белки, включенные в поверхность LNPs, становятся основным компонентом, помогающим частицам закрепиться на своей цели. Это знание может помочь улучшить дизайн будущих систем доставки.
Хотя результаты продемонстрированы на мышах, Сю подчеркивает, что для определения эффективности и безопасности этого метода доставки у людей потребуются дополнительные исследования и клинические испытания.