Хотя исследование было задумано для подтверждения гипотезы, экспериментальная терапия смогла замедлить рост опухоли и увеличить выживаемость у мышей с глиомами, которые составляют около 80 % злокачественных опухолей головного мозга.
Ключевым в исследовании является преимущество экзосом. Их можно сравнить с мешочками, заполненными жидкостью, которые служат для связи с другими клетками.
Ключевая роль экзосом заключается в том, что они являются природными носителями лекарственных веществ, их много, и они не вызывают иммунного ответа. Трюком в генной терапии будет найти способ поместить объемные так называемые генетические инструкции внутрь своих крошечных тел, чтобы это имело терапевтический эффект.
Новый метод основан на запатентованной технологии, которая побуждает донорские человеческие клетки, такие как стволовые клетки, вырабатывать миллионы экзосом, которые после сбора и очистки функционируют как наноносители, содержащие лекарство. Когда их вводят в кровоток, они точно знают, где в организме находится их цель — даже если она находится в мозге.
«Их можно представить себе на примере рождественских подарков: они находится внутри подарочной коробки, все уже оплачено и готово к отправке», — говорит главный автор исследования Л. Джеймс Ли (L. James Lee), заслуженный профессор химической и биомолекулярной инженерии в Университете штата Огайо (Ohio State University).
По словам Ли, мы получаем грандиозные подарки: «Это терапевтическая наночастица, порожденная Матерью-Природой».
Исследование опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.
В 2017 году Ли и его коллеги объявили об открытии регенеративной медицины под названием нанотрансфекция тканей (TNT). Метод основывается на использовании нанотехнологического чипа для того, чтобы внедрить биологический груз в кожу, действие которого преобразовывает взрослые клетки в любой тип клеток, необходимых для лечения.
Изучив механизм, лежащий в основе успеха TNT, ученые из лаборатории Ли обнаружили, что экзосомы являются секретом доставки регенеративных веществ к тканям, расположенным далеко под поверхностью кожи.
Технология в этом исследовании была применима к методу главного автора Чжаоган Ян (Zhaogang Yang), в настоящее время работающего в Юго-Западном медицинском центре Университета Техаса (University of Texas Southwestern Medical Center), названному клеточной нанопорацией.
Ученые поместили около 1 миллиона донорских клеток (таких как мезенхимальные клетки, собранные из человеческого жира) на наноинженерную кремниевую пластину и использовали электрическую стимуляцию для введения синтетической ДНК в донорские клетки. По описанию Ли, в результате этой принудительной подачи ДНК, у клеток появилась необходимость выбрасывать нежелательный материал как часть ДНК, преобразованной информационной РНК, и восстанавливать отверстия, которые образовались на мембранах.
«Они убивают двух зайцев одним выстрелом: фиксируют утечку на клеточной мембране и выбрасывают мусор», — говорит Ли. «Мусорный мешок, который они выбрасывают — это экзосома. То, что выделено из клетки — это наше лекарство».
Электростимуляция имела дополнительный эффект в виде тысячекратного увеличения терапевтических генов в большом количестве экзосом, высвобождаемых клетками, что свидетельствует о масштабируемости технологии для получения достаточного количества наночастиц при использовании в организме человека.
Конечно, для любой генной терапии важно знать, какие гены должны быть доставлены для решения медицинской проблемы. Для этой работы исследователи решили проверить результаты на глиоме, опухоли головного мозга, применив ген под названием PTEN, являющийся супрессором онкологических заболеваний. Мутации PTEN, которые отключают роль подавления, могут позволить раковым клеткам расти бесконтрольно.
Для Ли, основателя Центра штата Огайо по доступной наноинженерии полимерных биомедицинских устройств (Ohio State's Center for Affordable Nanoengineering of Polymeric Biomedical Devices), производство гена является нетрудной задачей. Синтетическая ДНК, принудительно подаваемая в донорские клетки, копируется в новую молекулу, состоящую из информационной РНК, которая содержит инструкции, необходимые для производства определенного белка. Каждый пузырек экзосомы, содержащий информационную РНК, превращается в наночастицу, готовую к транспортировке, в том числе через гематоэнцефалический барьер.
«Преимущество заключается в том, что нет никакой токсичности, ничего, что могло бы спровоцировать иммунный ответ», — утверждает Ли, который также является членом Междисциплинарного онкологического центра штата Огайо (Ohio State's Comprehensive Cancer Center). «В организме экзосомы проходят почти везде, включая гематоэнцефалический барьер. А большинство лекарств не могут попасть в мозг».
«Мы не хотим, чтобы экзосомы прибыли не по месту назначения. Они запрограммированы не только уничтожать раковые клетки, но и знать, как их найти. 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 рассказывает, 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», — говорит Ли. «Мы все предусмотрели. Если кто-то знает, какая комбинация генов способна вылечить определенную болезнь, можно получить терапию».
Источник: evogenlab.ru
