Статья подготовлена изданием Лаборант - журнал об аналитической химии. Подписывайтесь так же на наш телеграм-канал о научных новостях Генетика и Геномика.
Исследователи разработали новую систему доставки компонентов CRISPR в клетки мозга для выполнения функции редактирования генов. В этом подходе наночастица доставляет клеткам инструкции для создания реагентов CRISPR и правильную генетическую последовательность для исправления генетического дефекта. Метод также направлен на исправление генетических проблем на очень ранних стадиях развития. Хотя потребуются дополнительные исследования, ученые надеются, что эта технология в конечном итоге будет использоваться для лечения пациентов, у которых генетические нарушения выявлены во время пренатального тестирования.
"Последствия применения этого инструмента для лечения нарушений нейроразвития огромны. Мы потенциально можем исправлять генетические аномалии на фундаментальном уровне в критические периоды развития мозга", - сказал соавтор исследования Айджун Ван, профессор Калифорнийского университета в Дэвисе.
Белки имеют трехмерную структуру, и некоторые из них довольно большие и сложные. Это верно как для белков, выполняющих важные функции в человеческих клетках, так и для ферментов, являющихся частью системы редактирования генов CRISPR-Cas9. Поскольку белки сложно доставлять в клетки, исследователи сосредоточились на использовании мРНК, которая может быть преобразована клеткой в белки. Хотя клетки могут транслировать свои собственные молекулы мРНК, они также будут транслировать молекулы, кодирующие такие компоненты, как фермент Cas9, который может разрезать геном. Поэтому исследователи доставили мРНК для реагентов CRISPR, а также правильную молекулу мРНК для исправления генетической ошибки в клетках мозга.
Для этого исследователи разработали систему, основанную на жировых молекулах или липидах. Эти специализированные липидные наночастицы (LNP) доставляют мРНК в клетки, где она преобразуется в функциональные белки. Эта технология недавно была описана в статье, опубликованной в Nature Nanotechnology. Клетки поглощают LNP через процесс, называемый эндоцитозом, разрушая носитель LNP и высвобождая мРНК в клетку.
"LNP, разработанные в этом исследовании, используют новый кислотно-разлагаемый линкер, который позволяет LNP быстро разрушаться внутри клеток. Новый линкер также позволяет создавать LNP с более низкой токсичностью", - отметил соавтор исследования Нирен Мерти, профессор Калифорнийского университета в Беркли.
Ученые также знали, что этот подход будет работать лучше всего, если клетки будут эффективно поглощать LNP, так что их нужно будет доставлять меньше. Если доза слишком высока, это может привести к проблемам, таким как токсичность и воспаление. Действительно, они определили, что можно использовать низкие дозы LNP, сохраняя воспаление на низком уровне.
Исследовательская команда использовала LNP для доставки системы Cas9 и корректирующих молекул в мышиную модель. Эта коррекция должна быть сделана до формирования гематоэнцефалического барьера, чтобы предотвратить заболевание, которое они пытались лечить - синдром Ангельмана.
Ученые использовали трассирующие молекулы для наблюдения за процессом и зафиксировали поглощение наночастиц нейральными стволовыми и прогениторными клетками в мозге мыши. В их модели корректирующие правки были произведены примерно в трети нейральных стволовых клеток.
"Трансфекция 30 процентов всего мозга, особенно стволовых клеток - это большое достижение. Эти клетки мигрируют и распространяются во многие места по всему мозгу по мере дальнейшего развития плода", - сказал Ван.
Стволовые клетки продолжали расти и перемещаться в развивающемся мозге по мере формирования центральной нервной системы этих мышей. Было обнаружено, что более 60 процентов нейронов гиппокампа и 40 процентов корковых нейронов были генетически изменены в результате лечения.
"Это очень многообещающий метод для генетических заболеваний, поражающих центральную нервную систему. Когда дети рождаются, многие нейроны могут быть уже исправлены. Это означает, что ребенок может родиться без симптомов", - объяснил Ван.
Еще большее количество нейронов может быть затронуто в мышиной модели заболевания, отметил Ван. Возможно, что дисфункциональные нейроны отмирают, в то время как здоровые нейроны их заменяют. Терапевтический эффект в этом случае может быть еще более значительным, хотя потребуются дополнительные исследования, чтобы определить, верно ли это.
Источники:
- University of California (UC) Davis
- ACS Nano
Статья подготовлена изданием Лаборант - журнал об аналитической химии. Подписывайтесь так же на наш телеграм-канал о научных новостях Генетика и Геномика.