Генная терапия зарекомендовала себя как эффективный подход в лечении наследственных и приобретенных заболеваний крови и костного мозга. При CAR Т-клеточной терапии гематологических злокачественных новообразований полная ремиссия достигается примерно в 80% случаев, а при серповидноклеточной анемии и бета-талассемии эффективность достигает 88% и 89% соответственно.
При стандартной генной терапии терапевтический ген вводится в клетки-мишени с помощью вирусных векторов (генно-модифицированных вирусов, используемых в качестве носителей) – преимущественно лентивирусов, которые интегрируются в геном иммунных клеток и обеспечивают его постоянное считывание. Вирус внедряется в непредсказуемые места генома и может прерывать работу генов, подавляющих рост опухоли, или усиливать экспрессию генов, стимулирующих неконтролируемое деление клеток, что увеличивает риск вторичного злокачественного новообразования. Исследователи из Мичиганского университета разработали покрытые белком наночастицы для переноса генов без вирусных векторов, о чем говорится в публикации в журнале. Расширенные материалы.
Почему вирусные векторы представляют нежелательный риск?
При введении непосредственно в организм одобренные вирусные векторы иногда вызывают инфекции и тяжелые иммунные реакции, поскольку иммунная система распознает вирусные белки как чужеродные и атакует их. Липидные наночастицы, разработанные в качестве альтернативы, состоят из молекул жира с положительным электрическим зарядом, необходимым для связывания и переноса генетического материала.
При системном введении эти заряженные молекулы накапливаются преимущественно в печени, поскольку это главный орган, очищающий кровь от инородных частиц, и повреждают клетки печени. Кроме того, их взаимодействие с клетками врожденного иммунитета вызывает системное воспаление, которое проявляется лихорадкой. Эти нежелательные эффекты направили исследователей к носителям генетического материала, построенным без вирусов и без липидов – среди них полимерные носители и белковые наночастицы, у которых риск иммунной реакции и повреждения органов значительно ниже.
Как создаются белковые наночастицы?
Для создания наночастиц белок смешивают с ДНК или мРНК (информационная рибонуклеиновая кислота – молекула, переносящая генетическую информацию от ДНК к рибосомам) в воде и смесь подвергают воздействию электрического поля. Он выталкивает жидкость с большой скоростью, вода мгновенно испаряется, а белок конденсируется вокруг генетического материала. Полученное ядро обертывают полиэтиленимином — синтетическим веществом с положительным электрическим зарядом, которое укрепляет структуру и облегчает вход наночастицы в клетку. В исследовании в качестве белка ядра использовался сывороточный альбумин (естественный белок крови), но оболочку можно было заменить нейротрансмиттерами или белками, которые связываются с рецепторами клеток в определенном органе или ткани.
Как доказана эффективность белковых наночастиц?
После поглощения клеткой наночастица сохраняется в эндосоме — пузыре, в котором клетка расщепляет поступающие чужеродные вещества. Полиэтилимин в оболочке наночастицы притягивает воду в эндосому, внутреннее давление повышается, пузырь разрывается, и генетический материал попадает в цитоплазму. В ходе исследования ученые ввели ген зеленого флуоресцентного белка (белка, для которого в клетках не существует природного аналога и появление которого является недвусмысленным свидетельством того, что введенный ген был зарегистрирован) в опухолевые клетки печени, клетки почек и иммунные клетки. Все три типа клеток синтезировали флуоресцентный белок после поглощения и деградации наночастиц, что указывает на то, что наночастицы белка доставляют генетический материал в клетки из органов с гетерогенными физиологическими функциями.
Генетический материал, переносимый наночастицами, не включается в геном клетки и действует временно: мРНК деградирует в течение нескольких дней, а плазмидная ДНК (кольцевая молекула, используемая для переноса генов) остается функциональной до нескольких месяцев. Если необходимо необратимое изменение генома, наночастицы можно загрузить с помощью CRISPR-Cas9 — молекулярных ножниц, которые разрезают ДНК в точном месте и встраивают нужный ген. Поскольку белковая оболочка не содержит вирусных компонентов, иммунная система не воспринимает ее как угрозу и в отличие от липидных наночастиц не накапливается в печени и не повреждает клетки печени. Результаты подтверждают, что наночастицы успешно переносят гены в клетки печени, почек и иммунные клетки. Ожидается оценка нежелательных эффектов при терапевтическом применении.
Подробнее о нанотехнологиях в медицине читайте в разделе «Каким целям могут служить нанотехнологии в медицине?» | Пульс.бг
Ссылки:
1. Ксилю Ф., Яо Ю., Ко Ю. и др. Поверхностные белковые наночастицы для доставки невирусных генов. Адв Матер. 2026:е21796. дои: 10.1002/adma.202521796.
2. Ван С., Пан С., Юн Х., Ван Ф., Бо Т., Чжао Ю., Ма Б., Хэ В., Ли М. и др. Новые невирусные векторы для доставки генов. Дж. Нанобиотехнологии. 2023;21:272. дои: 10.1186/s12951-023-02044-5.
3. Бузиана С., Бузианас Д. Текущая ситуация с вторичными злокачественными новообразованиями после терапии CAR T-клетками: как можно предотвратить злокачественные новообразования? Int J Mol Sci. 2024;25(17):9518. doi: 10.3390/ijms25179518.