Глиома является одним из самых неблагоприятных онкологических диагнозов у человека. Пятилетняя выживаемость для этого не имеющего эффективных методов лечения заболевания составляет всего 12%. Успехи в изучении приводящих к развитию опухоли молекулярных процессов легли в основу разработки методов терапии, основанных на доставке в злокачественные клетки генов, белковые продукты которых убивают опухоль или подавляют ее рост. Однако современные подходы подразумевают использование для доставки генов вирусных векторов, введение которых в организм может вызывать серьезные побочные явления, такие как токсические эффекты, активация иммунной системы против вируса и формирование новых опухолей под действием вируса.
Рис. 1. Схема генной терапии с использованием наночастиц.
A. В глиому вводят
В. Конвекционная доставка под давлением обеспечивает распределение наночастиц (желтые точки) по всему объему опухоли (розового цвета).
С. Наночастицы обеспечивают продукцию фермента тимидинкиназы, распространяющегося по всей опухоли (желтого цвета).
D. Введенный в кровоток ганцикловир реагирует с тимидинкиназой, что приводит к гибели злокачественных клеток и уменьшению размеров опухоли.
Недавние исследования продемонстрировали возможность применения для доставки генов внутрь клеток биоразлагаемых наночастиц. Это позволяет избежать многих проблем, ассоциированных с введением вирусных векторов. Авторы решили воспользоваться этим подходом для доставки внутрь опухолевых клеток гена HSVtk. Кодируемый этим геном фермент тимидинкиназа превращает безвредный для опухолевых клеток препарат ганцикловир в соединение, токсичное для быстро делящихся клеток глиомы.
Рис. 2. Вводимые с помощью метода конвекционной доставки в головной мозг крыс наночастицы распространяются по всему объему опухоли.
A. В левой верхней части среза ткани головного мозга крысы видна глиома (фиолетового цвета).
В. Тестовые наночастицы, меченые флуоресцирующим белком, после введения методом конвекционной доставки распространяются по всему объему опухоли.
В экспериментах на клеточных линиях авторы протестировали способность нескольких типов полимерных наночастиц доставлять ДНК в клетки глиомы и установили, что наиболее эффективными являются наночастицы из полимера PBAE 447. Более того, при комбинировании с ганцикловиром кодирующие HSVtk наночастицы обеспечивали уничтожение 100% клеток двух использованных авторами линий глиомы.
На следующем этапе работы новый подход протестировали на крысиной модели глиомы. Для обеспечения распространения наночастиц по всему объему опухоли авторы использовали метод конвекционной доставки, заключающийся в применении во время введения наночастиц градиента давления.
В рамках эксперимента крысы в течение двух дней получали системные инъекции ганцикловира, после чего в их опухоли методом конвекционной доставки ввели терапевтические наночастицы. Введение ганцикловира продолжали еще в течение 8 последующих дней. Результатом терапии было уменьшение размеров опухолей и значительное увеличение выживаемости животных по сравнению имеющими глиомы крысами, не получившими лечения, и другими группами контроля, которым в разных комбинациях вводили наночастицы, ДНК и ганцикловир.
Рис. 3. Обработанные с помощью нового подхода клеточные линии глиомы. Слева: сам по себе ганцикловир не оказывает никакого влияния на клетки глиомы. Справа: воздействие ганцикловира в комбинации с кодирующими ген HSVtk наночастицами приводит к гибели клеток глиомы.
Авторы считают, что разработанный ими подход может применяться врачами во время хирургического удаления глиомы, традиционно применяемого для лечения этого заболевания. В будущем они планируют протестировать способность наночастиц доставлять в злокачественные клетки другие терапевтические гены и возможность, а также их эффективность при системном введении, что позволит применять их не только в терапии широкого спектра сОлидных опухолей, но и при лечении системных злокачественных заболеваний.
Статья Antonella Mangraviti et al. Polymeric Nanoparticles for Nonviral Gene Therapy Extend Brain Tumor Survivalin Vivo опубликована в журнале ACS Nano.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering:
Gene Therapy Advance Thwarts Brain Cancer in Rats.
