Чтобы внедрить нужный ген в клетки пациента, врачи обычно используют модифицированные вирусы. Они эффективны, но небезопасны: у некоторых пациентов вирусные векторы вызывают воспаление, опасные иммунные реакции и даже вторичные раковые опухоли. Исследования показывают, что вирус, встраиваясь в геном, иногда повреждает гены, подавляющие агрессивный опухолевый рост, и клетка начинает бесконтрольно делиться — то есть, становится злокачественной. Специалисты Мичиганского университета предложили альтернативу — белковые наночастицы, которые доставляют генетический материал без вирусов.
«Существует множество заболеваний, при которых какой-то белок отсутствует или не работает из-за одной мутации, и мы можем это исправить, введя новый ген, — объясняет руководитель исследования, профессор химической инженерии Йорг Лаханн. — Обычно для этого используют вирусы, но они могут быть токсичны и активировать иммунные клетки. Поэтому в нашей области идет активный поиск замены вирусам».
В экспериментах команда заставила человеческие клетки печени, почек и иммунной системы светиться зеленым, доставив в них ген зеленого флуоресцентного белка с помощью наночастиц. Частицы изготавливают методом электрогидродинамического распыления: смесь белка и ДНК (или РНК) в воде выбрасывается из шприца под действием электрического поля, вода при этом мгновенно испаряется, а белок конденсируется вокруг генетического материала. Оболочка частиц сделана из сывороточного альбумина — белка, который и так присутствует в крови, что снижает риск воспалительной реакции.
Когда клетка поглощает такую наночастицу, та попадает в эндосому — внутриклеточный «пузырек» для переваривания. В процессе расщепления оболочки возникает дисбаланс зарядов, вода устремляется внутрь, эндосома лопается — и генетический материал высвобождается.
Принципиальное преимущество метода — безопасность. Кольцевая ДНК или РНК не встраивается в геном пациента, а значит, не ломает существующие гены и никак не может спровоцировать рак. Правда, эффект временный: мРНК работает несколько дней, плазмидная ДНК — несколько месяцев. Но эту проблему можно решить «бустерными» дозами или загрузкой наночастиц системой CRISPR-Cas9, которая способна точечно встраивать гены в геном — куда аккуратнее, чем вирусы.
Пока этот эксперимент лишь доказывает, что предложенная учеными концепция работает. Впереди — испытания с терапевтическими генами и оценка возможных побочных эффектов. Но уже сама по себе эта идея — заменить вирусный «транспорт» на белковый — указывает на то, что генная терапия в обозримом будущем может стать доступнее и значительно безопаснее.
Ранее ученые выяснили, как оксид графена уничтожает бактерии не вредя клеткам человека.