Исследователи из Университета штата Огайо во главе с профессором Джеймсом Ли разработали новый метод генной терапии, основанный на превращении человеческих клеток в источник наноразмерных частиц с генетическим материалом, который потенциально может применяться для генной терапии. Исследование первоначально было задумано для подтверждения концепции, но в ходе него была разработана экспериментальная терапия, замедляющая рост опухоли и увеличение выживаемость у мышей с глиомой – наиболее распространенной у людей злокачественной опухолью головного мозга.
Экзосомы – это заполненных жидкостью пузырьки, которые клетки выпускают в межклеточное пространство и используют как средство удаления лишних молекул и общения с другими клетками.
Исследователи увидели в экзосомах биологически дружественные носители терапевтических материалов, которых много и которые не вызывают иммунной реакции. Сложность заключалась в способе поместить сравнительно крупные генетические инструкции в экзосомы в количестве, которое будет проявлять терапевтический эффект.
Новый метод основан на запатентованной технологии, которая заставляет донорские человеческие клетки выпускать миллионы экзосом. После сбора и очистки они функционируют как наноносители, содержащие лекарственное средство. Когда эти экзосомы попадают в кровоток, они точно находят свою цель в организме, даже если она находится в мозге.
В 2017 году в области регенеративной медицины была создана техника «нанотрансфекции тканей» (TNT), при которой используется наночип для доставки биологического груза непосредственно в кожу. Это действие превращает взрослые клетки в любой интересующий исследователей тип клеток для лечения непосредственно в теле пациента. Исследуя механизм TNT, ученые из лаборатории Ли обнаружили, что это экзосомы доставляют регенерирующие продукты в ткани, расположенные глубоко под поверхностью кожи. В новом исследовании технология была адаптирована к методике клеточной нанопорации.
Около 1 миллиона донорских мезенхимальных клеток, взятых из жировой ткани человека, поместили на наноразмерную кремниевую пластину и с помощью электрического импульса ввели в них синтетическую ДНК. В результате такого принудительного наполнения клетки должны выбрасывать нежелательный материал в виде молекул РНК-мессенджера и восстанавливать дыры, которые были сделаны в их мембранах. Оба действия осуществляются экзосомами. Являясь «мусорным пакетом» клетки, они покидают ее с генетическим материалом внутри. Так из клетки выходит биологический препарат.
Электрическая стимуляция в тысячи раз увеличила количество экзосом с терапевтическими генами, это означает, что технология масштабируема для производства достаточного количества наночастиц для применения у людей.
Для любой генной терапии важно знать, какие гены и куда нужно доставить. Исследователи проверили эффективность метода для терапии глиомы на мышиных моделях. В качестве наполнения экзосом использовался ген PTEN, являющийся супрессором рака. Известно, что мутации в гене PTEN отключают его способность подавлять рост атипичных клеток, позволяя раковым клеткам бесконтрольно делиться.
Синтетическая ДНК, принудительно вводимая в донорские клетки, копируется в молекулу РНК-мессенджера, которая содержит инструкции, необходимые для производства специфического белка. Каждый экзосомный пузырь, содержащий РНК-мессенджер, превращается в наночастицу, готовую к транспортировке.
Преимущества метода заключаются в отсутствии токсичности, иммунной реакции организма и проблем с преодолением гематоэнцефалического барьера. Экзосомы запрограммированы не только на уничтожение раковых клеток, но и на их поиск.
Эксперименты на мышах показали, что предварительно помеченные экзосомы в большом количестве достигали опухолей головного мозга и замедляли их рост, по сравнению с веществами, используемыми в качестве контроля.
Доступ к головному мозгу позволит в будущем также использовать экзосомы для терапии неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Статья Z.Yang et al. Large-scale generation of functional mRNA-encapsulating exosomes via cellular nanoporation опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Ohio State News: A new gene therapy strategy, courtesy of Mother Nature.
