Новый цветовой тест быстро показывает, успешно ли медицинские наночастицы доставили свой груз

Исследователи из Johns Hopkins Medicine разработали цветовой тест, который быстро сигнализирует, доставляют ли новейшие наночастицы — ультрамалые контейнеры для транспортировки лекарств, вакцин и других терапий — свой груз в целевые клетки. Исторически у наночастиц очень низкая скорость доставки в цитозоль, внутреннее пространство клеток: высвобождается лишь около 1–2% их содержимого. Новый инструмент для тестирования, созданный специально для наночастиц, может ускорить поиск биологических лекарств следующего поколения. Технология основана на наночастицах, уже используемых против рака и глазных болезней, а также в вакцинах от вирусов, включая SARS-CoV-2.

Подробности об инструменте, протестированном на клетках мышей in vitro и на живых мышах, опубликованы в выпуске Science Advances от 5 января.

"Многие существующие методы оценки наночастиц проверяют только, достигает ли наночастица клетки, но не то, может ли терапия успешно избежать деградирующей среды эндосомы, чтобы попасть внутрь цитозоля клетки, где лекарство должно находиться для эффективности", — говорит Джордан Грин, профессор биомедицинской инженерии.

Предыдущие исследования оценивали, что только около 1–2% наночастиц, "поглощённых" клетками, способны избежать клеточных компартментов, которые захватывают их, чтобы не быть переваренными или "выплюнутыми". Способность наночастицы быть принятой клеткой и избежать её защитных механизмов зависит от её химических свойств.

Чтобы преодолеть эти препятствия, команда Грина создала инструмент скрининга, который оценивает сотни вариантов наночастиц по их способности не только достичь клетки, но и эффективно высвободить груз внутри неё.

Тест использует клетки мышей in vitro, генетически модифицированные для экспрессии флуоресцентного маркера Gal8-mRuby. Он светится оранжево-красным, когда клеточная оболочка (эндо́сома), поглотившая наночастицу, открывается, выпуская груз в клетку.

Изображения процесса анализируются компьютерной программой, которая быстро отслеживает локализацию наночастиц по красному свечению и количественно оценивает эффективность высвобождения груза по интенсивности оранжево-красного свечения. Эта методика позволяет лаборатории проанализировать сотни уникальных наночастиц за несколько часов.

В экспериментах на мышах команда вводила биоразлагаемые наночастицы, несущие мРНК гена люциферазы (который заставляет клетки светиться). Исследователи отслеживали, приняли ли клетки мышей ген и начали ли его экспрессировать.

Команда обнаружила, что наночастицы, показавшие лучшие результаты в клеточных тестах, имели высокую положительную корреляцию с эффективностью доставки гена in vivo. Это показывает, что клеточный анализ является хорошим предиктором успешной доставки.

В дальнейших исследованиях на мышах было обнаружено, что разные комбинации химических групп в полимерных наночастицах заставляют их нацеливаться на разные типы тканей. Анализ поведения частиц в организме мыши показал, что химические свойства полимера могут направлять наночастицы с генной терапией к специфичным целевым клеткам, например, эндотелиальным клеткам в лёгких или B-клеткам в селезёнке.

"Тонко настраивая небольшие химические изменения, мы можем направлять наночастицу к определённым тканям и даже конкретным клеткам, — сказал Грин. — Это позволит разрабатывать более точно доставляемые терапии, что может улучшить как эффективность, так и безопасность".

Доставка биологических препаратов с помощью наночастиц — растущая область, особенно для генной терапии и вакцин.