Исследователи перепроектировали вирус для доставки терапии в клетки
Исследователи из Стэнфорда кардинально переработали ядро вируса, чтобы превратить его инфекционные свойства в безопасное средство для доставки вакцин и терапевтических препаратов точно в цель.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, даёт новый импульс области таргетной доставки — созданию методов лечения, воздействующих только на поражённые области.
«Мы называем это умной частицей», — сказал Джеймс Сварц, профессор химической инженерии и биоинженерии. — «Мы делаем её "умной", добавляя молекулярные метки, которые действуют как адреса для отправки терапевтического груза туда, куда нам нужно».
Применение такой частицы для иммунотерапии предполагает добавление на её поверхность молекул, которые могут научить иммунные клетки организма распознавать и уничтожать раковые клетки.
Для Сварца и его главного соавтора Юаня Лу результат стал подтверждением их идеи. Когда они начали исследования четыре года назад, фонды заявляли, что это невозможно.
Потребуется ещё много усилий для достижения второй цели — загрузки малых количеств лекарств в умные частицы, их доставки внутрь больных клеток и обеспечения высвобождения груза.
«Подтверждение концепции»
«Это был эксперимент по подтверждению концепции, поэтому впереди много работы», — сказал Сварц. — «Но я верю, что мы можем использовать эту умную частицу для доставки противораковой иммунотерапии с минимальными побочными эффектами».
Профессор Роберт Лангер из MIT, лидер в области исследований таргетной доставки лекарств, также ознакомился со статьёй.
«Это великолепная работа, прекрасная статья», — сказал Лангер. — «Доктор Сварц и коллеги проделали замечательную работу по стабилизации вирусоподобных частиц и перепроектированию их поверхности».
Таргетная доставка — одна из главных целей медицины, так как она позволяет сосредоточить лечение на больных клетках, минимизируя побочные эффекты.
Многие исследователи обратились к вирусам как к природной модели, поскольку они нацеливаются на определённые клетки, проникают в них и доставляют инфекционный груз. Новая статья описывает, как команда создала вирусоподобную частицу, которая является только средством доставки без инфекционного груза.
Они начали с вируса гепатита B, который имеет три слоя. Исследователи сосредоточились на неинфекционном среднем слое — капсиде. Это сложная белковая структура, которая в собранном виде напоминает «скелет» футбольного мяча с множеством шипов.
Другие исследователи имели ту же идею по перепрофилированию капсида гепатита B, так как его полая структура теоретически достаточно велика, чтобы нести значительный медицинский груз. Но на практике это оказалось настолько сложным, что фонды отказали Сварцу в финансировании идеи.
Однако Сварц был так уверен в своём подходе, что нашёл способ вести проект в течение нескольких лет, необходимых для завершения экспериментов.
Следующие шаги
Биотехнологи умеют создавать сложные белковые структуры, найденные в природе, но команда Стэнфорда пошла дальше. Они не просто воссоздали природный капсид. Они изучили ДНК, которая направляет сборку структуры, и перепроектировали код, чтобы создать капсид, который был бы невидим для иммунной системы, достаточно прочен, чтобы выжить в кровотоке, и имел поверхность, к которой можно легко прикреплять молекулярные метки.
Биоинженерия поверхности была важна. Если исследователи хотели, чтобы капсид учил иммунную систему уничтожать раковые клетки, они добавляли на шипы вакцинные метки. Если же целью была доставка лекарств в больную клетку, на шипы добавлялись адресные метки.
Наконец, исследователям нужно было внести все эти модификации, не разрушив удивительную способность ДНК-кода капсида направлять самосборку 240 копий одного белка в полую сферу с шипованной поверхностью.
Следующим шагом, по словам Сварца, будет прикрепление противораковых меток к внешней стороне этой умной частицы для обучения иммунной системе распознавать определённые виды рака. Эти эксперименты, вероятно, будут проводиться на мышах.
Затем последует добавление следующей функции — дальнейшая модификация ДНК-кода для обеспечения самосборки белка вокруг небольшого лекарственного груза.
«Это будет довольно сложно, но мы уже зашли так далеко, когда все говорили, что это невозможно», — сказал Сварц.
Стэнфорд запатентовал технологию, а её различные аспекты лицензированы биотехнологической компанией, в которой Сварц является одним из основателей. Подход находится на ранних стадиях, и коммерческой разработки пока не планируется.