Направляемые пептидами наночастицы доставляют mRNA в нейроны

Инженеры из Пенсильвании модифицировали липидные наночастицы (LNPs) — революционную технологию, лежащую в основе мРНК-вакцин от COVID-19, — чтобы они не только преодолевали гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), но и нацеливались на определенные типы клеток, включая нейроны. Этот прорыв открывает путь к потенциальным методам лечения неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.

В новой статье в Nano Letters исследователи показывают, как пептиды — короткие цепочки аминокислот — могут служить точными нацеливающими молекулами, позволяя LNPs доставлять mRNA к эндотелиальным клеткам, выстилающим кровеносные сосуды мозга, а также к нейронам.

Это важный шаг в доставке mRNA к типам клеток, которые являются ключевыми для лечения нейродегенеративных заболеваний. Предыдущая работа тех же исследователей доказала, что LNPs могут преодолевать ГЭБ, но не пыталась контролировать, на какие клетки они нацеливаются.

«Наша первая статья была доказательством концепции дизайна липидных наночастиц, — говорит Майкл Дж. Митчелл, старший автор статьи. — Теперь, с помощью пептидов, мы можем адресовать "посылку" к конкретным пунктам назначения».

Проблема доступа к мозгу

Преодоление ГЭБ сложно, так как эта структура эволюционировала, чтобы блокировать практически любые опасные или чужеродные молекулы, включая большинство лекарств. Поскольку ГЭБ пропускает жирорастворимые молекулы, определенные составы LNPs, частично состоящие из жирных соединений, могут проникать в мозг.

Пептиды против антител

До сих пор большинство исследований по нацеливанию LNPs на органы фокусировалось на их комбинации с антителами — крупными белками. «Когда вы помещаете антитела на LNPs, они могут стать нестабильными и увеличиться в размере, что затрудняет прохождение через барьер», — говорит Эмили Хан, первый автор статьи.

В отличие от антител, которые могут состоять из сотен аминокислот, пептиды имеют длину всего в несколько десятков аминокислот. Их меньший размер означает, что их не только легче разместить в большом количестве на LNPs, но и дешевле производить. Пептиды также гораздо реже, чем антитела, вызывают нежелательные иммунные реакции.

Идея использовать пептиды возникла после того, как Хан узнала, что вирус бешенства преодолевает ГЭБ с помощью гликопротеина вируса бешенства. «Затем я наткнулась на один из наших самых многообещающих нацеливающих пептидов», — говорит Хан, имея в виду молекулу RVG29 — фрагмент из 29 аминокислот этого белка.

Проверка концепции

Чтобы подтвердить, что пептиды функционируют как задумано, исследователям сначала нужно было убедиться, что они прикрепляются к LNPs. «Наши LNPs — это сложная смесь нуклеиновых кислот, липидов и пептидов. Нам пришлось оптимизировать методы количественного определения, чтобы выделить сигнал пептидов», — объясняет Хан.

Затем нужно было определить, достигают ли функционализированные пептидами LNPs (pLNPs) намеченных целей в моделях животных. «Это действительно сложно настроить, потому что в мозге много разных типов клеток и много жира, который может мешать измерениям», — говорит Хан. Более шести месяцев она разрабатывала протокол для аккуратного разбора ткани мозга.

Будущие направления

Следующая цель команды — определить, какая доля нейронов должна быть обработана pLNPs, чтобы значительно облегчить симптомы или потенциально вылечить неврологические заболевания. «Возвращаясь к аналогии, нужно ли нам отправлять эти "посылки" в каждый дом с красным почтовым ящиком или только в 10% из них? Будет ли достаточно 10% нейронов?» — спрашивает Митчелл.

Ответ на этот вопрос поможет в разработке еще более эффективных стратегий доставки, приближая перспективу мРНК-терапии для лечения болезней Альцгеймера, Паркинсона и других заболеваний мозга.