Наночастицы для преодоления слизистого барьера в лёгких

Исследователи, возможно, обнаружили первую систему доставки генов, эффективно проникающую через труднопреодолимый барьер слизи в дыхательных путях человека. Учёные из Университета Джонса Хопкинса и Федерального университета Рио-де-Жанейро разработали наночастицы, несущие ДНК, которые могут проходить через слизистый барьер, покрывающий дыхательные пути лёгких.

"Насколько нам известно, это первая биоразлагаемая система доставки генов, которая эффективно проникает через барьер слизи дыхательных путей человека в лёгочной ткани", — говорит автор исследования Джун Су Сук, Ph.D. Отчёт о работе опубликован в Proceedings of the National Academy of Sciences 29 июня.

В здоровых лёгких этот защитный механизм предотвращает попадание многих ингаляционных терапевтических средств, включая генную терапию, к цели. Эксперименты команды с человеческой слизью и мелкими животными были задуманы как доказательство концепции: помещение корректирующих генов внутрь биоразлагаемой наночастицы, которую пациенты вдыхают, может преодолеть барьер слизи.

Работа с наночастицами возникла из неудачных попыток доставить лечение пациентам с лёгочными заболеваниями, такими как муковисцидоз (МВ). Большинство существующих лекарств от МВ помогают очистить инфекции, но не решают основные проблемы болезни. Это исследование показало, что доставка нормальных копий генов, связанных с МВ, через проникающие в слизь наночастицы с ДНК может опосредовать долгосрочное производство нормальных, "функциональных" белков.

Эксперименты с использованием деактивированных вирусов для переноса генов оказались неэффективными и дорогими. Большинство невирусных ДНК-нагруженных наночастиц имеют положительный заряд, что заставляет их прилипать к отрицательно заряженной слизи. Команда разработала простой метод плотного покрытия наночастиц нелипким полимером ПЭГ (PEG), нейтрализовала заряд и создала нелипкую поверхность. Они показали, что эти наночастицы сохраняют свой размер в физиологической среде и способны быстро проникать в слизь дыхательных путей человека.

Для тестирования системы исследователи упаковали в неё ген, производящий светогенерирующие белки. Они продемонстрировали, что ингаляционная доставка генов с помощью наночастиц привела к широкому производству белка на уровнях, превосходящих золотой стандарт невирусных платформ. Кроме того, они показали, что обработанные лёгкие светились до четырёх месяцев после однократного введения дозы.

"С одной дозой вы можете получить экспрессию гена — то есть производство терапевтических белков — на несколько месяцев", — говорит Сук, добавляя, что наночастицы, по-видимому, не вызывали каких-либо побочных эффектов.

Сук и его команда предупреждают, что необходимы дополнительные исследования на животных, а лечение человеческих заболеваний с помощью такой терапии станет возможным через годы.