Ученые разработали новую методику генной терапии путем превращения клеток человека в массовых производителей крошечных наноразмерных частиц, наполненных генетическим материалом, который обладает потенциалом для обращения вспять процессов заболевания.
Хотя исследование было задумано как доказательство концепции, экспериментальная терапия замедлила рост опухоли и увеличила выживаемость у мышей с глиомами, которые составляют около 80 процентов злокачественных опухолей головного мозга у людей.
Этот метод использует преимущества экзосом, заполненных жидкостью мешочков, которые клетки высвобождают как способ общения с другими клетками.
В то время как экзосомы набирают силу как биологически дружественные носители терапевтических материалов-потому что их много, и они не вызывают иммунного ответа-трюк с генной терапией заключается в том, чтобы найти способ соответствовать этим сравнительно большим генетическим инструкциям внутри их крошечных тел в масштабе, который будет иметь терапевтический эффект.
Этот новый метод основан на запатентованной технологии, которая побуждает донорские клетки человека, такие как взрослые стволовые клетки, выплевывать миллионы экзосом, которые после сбора и очистки функционируют как наноносители, содержащие лекарственное средство. Когда их вводят в кровоток, они точно знают, где в организме находится их цель-даже если она находится в головном мозге.
"Думайте о них, как о рождественских подарках: подарок находится внутри упакованного контейнера, который оплачен по почте и готов к отправке", - сказал старший автор исследования Л. Джеймс Ли, почетный профессор химической и биомолекулярной инженерии в Университете штата Огайо.
И это дары, которые продолжают давать, отметил ли: "это терапевтическая наночастица, вызванная Матерью-Природой."
В 2017 году Ли и его коллеги сделали волну с новостями об открытии регенеративной медицины под названием нанотрансфекция тканей (TNT).
Метод использует основанный на нанотехнологиях обломок для того чтобы поставить биологический груз сразу в кожу, действие которое преобразовывает взрослые клетки в любой тип клетки интереса для обработки внутри собственное тело пациента.
Изучая дальше механизм, лежащий в основе успеха TNT, ученые из лаборатории Ли обнаружили, что экзосомы были секретом доставки регенеративных товаров в ткани далеко под поверхностью кожи.
Технология была адаптирована в этом исследовании в методике первого автора Чжаоган Ян, бывший постдок штата Огайо исследователь теперь в Юго-Западном медицинском центре Университета Техаса, названный клеточной нанопорацией.Ученые поместили около 1 миллиона донорских клеток (таких как мезенхимальные клетки, собранные из человеческого жира) на наноинженерную кремниевую пластину и использовали электрический стимул для введения синтетической ДНК в донорские клетки. В результате этого форсированного питания ДНК, как это описал ли, клеткам необходимо выбрасывать нежелательный материал как часть ДНК, транскрибируемой связывающей РНК, и восстанавливать отверстия, которые были вставлены в их мембраны.
"Они убивают двух зайцев одним выстрелом: они фиксируют утечку на клеточной мембране и выбрасывают мусор", - сказал Ли. - "Мешок для мусора, который они выбрасывают, - это экзосома. То, что вытеснено из клетки-это наш наркотик."
Электростимуляция имела дополнительный эффект тысячекратного увеличения терапевтических генов в большом количестве экзосом, высвобождаемых клетками, что свидетельствует о масштабируемости технологии для получения достаточного количества наночастиц для использования в организме человека.
Разумеется, для любой генной терапии важно знать, какие гены должны быть доставлены, чтобы решить медицинскую проблему. Для этой работы исследователи решили проверить результаты на глиоме опухолей головного мозга, поставляя ген под названием PTEN, ген-супрессор рака. Мутации PTEN, которые отключают эту роль подавления, могут позволить раковым клеткам расти бесконтрольно.
Для Ли, основателя центра штата Огайо по доступной наноинженерии полимерных биомедицинских устройств, производство гена является легкой частью. Синтетическая ДНК, насильственно подаваемая в донорские клетки, копируется в новую молекулу, состоящую из мессенджерной РНК, которая содержит инструкции, необходимые для получения конкретного белка.
Каждый пузырь экзосомы, содержащий РНК-посланник, преобразуется в наночастицу, готовую к транспортировке, без какого-либо гематоэнцефалического барьера, о котором нужно беспокоиться.
"Преимущество этого заключается в том, что нет токсичности, ничто не провоцирует иммунный ответ", - сказал Ли, также являющийся членом комплексного онкологического центра штата Огайо. - "Экзосомы проникают почти всюду в организме, в том числе минуя гематоэнцефалический барьер. Большинство лекарств не могут попасть в мозг.Мы не хотим, чтобы экзосомы попали не в то место. Они запрограммированы не только убивать раковые клетки, но и знать, куда идти, чтобы найти раковые клетки. Ты же не хочешь убивать хороших парней."
Тестирование на мышах показало, что меченые экзосомы с гораздо большей вероятностью попадают в опухоли головного мозга и замедляют их рост по сравнению с веществами, используемыми в качестве контроля.
Ли сказал, что благодаря безопасному доступу экзосом к мозгу эта система доставки лекарств может быть использована в будущем при таких неврологических заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
"Надеюсь, когда-нибудь это можно будет использовать для медицинских нужд", - сказал Ли. -"Мы предусмотрели такой способ. Если кто-то знает, какая комбинация генов может вылечить определенную болезнь, но им нужна терапия, вот она."
Эта работа была поддержана Национальным научным фондом; Национальным фондом естественных наук Китая; Национальным институтом сердца, легких и крови; Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта; Институтом профилактики рака и исследований в Техасе, Американской ассоциацией опухолей головного мозга и Национальным институтом рака.
