Скрининг наночастиц может ускорить разработку лекарств
Доставка ДНК или РНК для включения или выключения генов — перспективный подход в лечении болезней. Однако главным препятствием остаётся безопасная доставка генетического материала в нужные клетки.
Одна из многообещающих стратегий — инкапсуляция цепочек РНК или ДНК в крошечные частицы. Чтобы ускорить разработку таких систем доставки, исследователи из MIT, Технологического института Джорджии и Университета Флориды создали метод быстрого тестирования различных наночастиц для отслеживания их распределения в организме.
«Доставка лекарств — это очень серьёзное препятствие, которое необходимо преодолеть», — говорит ведущий автор исследования Джеймс Дальман. — Все генетические терапии, независимо от их биологического механизма действия, нуждаются в безопасной и специфичной доставке к целевой ткани».
Этот подход, описанный в Proceedings of the National Academy of Sciences, может помочь в точном нацеливании генетических терапий.
«С его помощью можно идентифицировать наночастицу, которая попадает в определённое место, и затем разработать наночастицу с учётом конкретной полезной нагрузки», — поясняет соавтор работы Дэниел Андерсон.
Нацеливание на болезнь
Надёжная доставка ДНК в целевые клетки могла бы раскрыть потенциал генной терапии для лечения таких заболеваний, как муковисцидоз или гемофилия. Другой перспективный подход — РНК-интерференция (siRNA) для «выключения» сверхактивных генов.
Однако доставка такого генетического материала в клетки организма сложна из-за естественных защитных механизмов против чужеродного генетического материала.
Лаборатория Андерсона разрабатывает наночастицы (в том числе из липидов), которые защищают генетический материал и доставляют его к цели. Многие такие частицы накапливаются в печени, но найти частицы для других органов сложнее.
«Мы научились доставлять наночастицы в некоторые ткани, но не во все. Мы также до конца не поняли, как химический состав частиц влияет на их попадание в разные места», — говорит Андерсон.
Обычный скрининг тысяч вариантов частиц по размерам и химическому составу — процесс медленный, так как требует тестирования на клеточных культурах, а затем на животных.
Отслеживание частиц
Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи добавили к каждому типу частиц «штрихкод» — последовательность ДНК длиной около 60 нуклеотидов. После введения смеси частиц животному, ДНК-штрихкоды извлекают из разных тканей, секвенируют и определяют, какие частицы куда попали.
«Это позволяет нам тестировать множество различных наночастиц одновременно внутри одного животного», — объясняет Дальман.
Сначала метод подтвердил известное нацеливание частиц на лёгкие и печень. Затем учёные проскринировали 30 различных липидных наночастиц, варьируя структуру компонента полиэтиленгликоля (PEG). Каждая частица была помечена одним из 30 ДНК-штрихкодов.
Анализ распределения штрихкодов выявил частицы, нацеленные на сердце, мозг, матку, мышцы, почки и поджелудочную железу, в дополнение к печени и лёгким. В будущем планируется изучить, что именно заставляет частицы накапливаться в разных тканях.
Дальнейшие тесты одной из частиц, нацеленной на печень, показали, что она успешно доставляет siRNA, «выключающую» ген фактора свёртывания крови.
Виктор Котелянский, директор Центра функциональной геномики Сколтеха, назвал методику «инновационным» способом ускорить поиск перспективных наночастиц для доставки РНК и ДНК.
«Поиск хорошей частицы — очень редкое событие, поэтому нужно проверять множество вариантов. Этот подход быстрее и может дать более глубокое понимание того, куда частицы попадут в организме», — отметил он.
Такой скрининг можно применять и для тестирования других типов наночастиц, например, полимерных. «Мы очень надеемся, что другие лаборатории по всей стране и по всему миру опробуют нашу систему», — говорит Дальман.