В Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zurich) разработали метод электромагнитного программирования беспроводной регуляции экспрессии трансгенов (EMPOWER) у млекопитающих с помощью интерфейса наночастица-клетка.
Изобретение, описанное в Nature Nanotechnology, может помочь в лечении хронических заболеваний, таких как диабет, а также открыть новые возможности для исследований в синтетической биологии и регенеративной медицине.
Главной целью исследования было решение ключевой проблемы биомедицины — получение точного и неинвазивного контроля генами in vivo, рассказал Мартин Фусенеггер с факультета биосистем и биоинженерии ETH Zurich.
«Традиционные методы либо требуют инвазивных процедур, либо не обеспечивают достаточной точности и стабильности. Это вдохновило нас использовать магнитные поля для беспроводного контроля, поскольку они безопасно и эффективно проникают через биологические ткани без прямого контакта или инвазивных устройств», — пояснил профессор.
Предложенный подход основан на наночастицах из мультиферроидных материалов, покрытых биосовместимым полимером — хитозаном.
«При стимуляции слабым магнитным полем низкой частоты эти наночастицы генерируют в цитоплазме клеток безопасные уровни активных форм кислорода (АФК). Мы модифицировали клетки млекопитающих, добавив генетическую схему, чувствительную к АФК, используя клеточный путь KEAP1/NRF2. При обнаружении свободных радикалов фактор NRF2 активируется и запускают выработку выбранных терапевтических белков — в нашем случае инсулин», — рассказал Фусенеггер.
Эффективность методики проверили на больных диабетом мышах.
«В эксперименте мы подвергали мышей воздействию слабого электромагнитного поля (1 кГц, 21 мТл) всего на три минуты в день. Это позволило эффективно регулировать секрецию инсулина и поддерживать нормальный уровень глюкозы в крови на протяжении всего исследования. Нам удалось успешно связать беспроводной электромагнитный контроль с естественной экспрессией трансгенов в клетках млекопитающих через внутриклеточные наночастицы, выступающие в роли магнитных приемников», — поделился ученый.
Наночастицы вводились в цитоплазму, что позволило им взаимодействовать с клетками через АФК, которые естественным образом образуются в организме.
«Наша система работает без нарушения целостности модифицированных клеток, что позволяет добиться нужных результатов без нежелательных последствий», — отметил Фусенеггер.
Очень слабое электромагнитное поле (ниже 1 кГц), низкая мощность (21 мТл) и короткое время стимуляции (три минуты) гарантируют абсолютную безопасность технологии, уверен профессор: «Это значительно слабее, чем поля, используемые в клинической МРТ».
«Наш подход может быть особенно полезен для лечения хронических заболеваний, так как позволяет дистанционно и динамично корректировать терапию без повторных инъекций, инвазивных имплантатов или системного введения лекарств», — заметил он.
О клиническом применении метода говорить пока преждевременно — сейчас он дорабатывается для использования в онкологии, неврологии и регенеративной медицине.
«В дальнейших исследованиях мы сосредоточимся на повышении чувствительности, биосовместимости и эффективности системы», — заключил Фусенеггер.
По его словам, предполагается также усовершенствовать оборудование таким образом, чтобы сделать его компактнее.
Работой человеческих генов получилось управлять с помощью электричества