Использование наночастиц для доставки системы генерации генома CRISPR в мыши

]

В рамках инновационных исследований ученые из Массачусетского технологического института создали наночастицы с возможностью доставки системы редактирования генома CRISPR для особого изменения генов у мышей. Исследователи использовали наночастицы для доставки компонентов CRISPR, тем самым избегая необходимости использования вирусов для переноса компонентов.

В новом исследовании исследователи MIT разработали наночастицы, которые могут доставлять систему редактирования генома CRISPR и специально модифицировать гены, устраняя необходимость использования вирусы для доставки. КРЕДИТ: Новости Массачуссетского технологического института.

Применяя новаторские методы доставки, команда успешно удаляла определенные гены почти в 80% клеток печени, что является самым высоким показателем успеха, достигнутым при использовании CRISPR у взрослых животных.

« Что действительно интересно здесь, так это то, что мы показали, что вы можете сделать наночастицу, которая может использоваться для постоянного и конкретного редактирования ДНК в печени взрослого животного », – заявил Даниэль Андерсон, член Института Массачусетского технологического института им. М.Коча для интегративных онкологических исследований и Института медицинской инженерии и науки (ИМЭС), который является доцентом кафедры химической инженерии Массачусетского технологического института.

Один ген, предназначенный для этого исследования, известный как Pcsk9, отвечает за регулирование уровней холестерина. Мутации, вызванные человеческой версией этого гена, приводят к редкому расстройству, известному как доминирующая семейная гиперхолестеринемия. Недавно FDA одобрило два препарата антител, способных обуздать ген Pcsk9. Недостатком является то, что для того, чтобы обеспечить терапию, эти антитела необходимо регулярно принимать для остальной части жизни пациента. Исследователи из Массачусетского технологического института заявили, что инновационные наночастицы обладают способностью постоянно модифицировать ген только в одном лечении и что этот метод выглядит многообещающим для лечения различных других расстройств печени.

Старший автор исследования, о котором сообщалось в статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology от 13 ноября 19459020 года 2017, является Андерсон. Хао Инь, научный сотрудник Института Коха, является ведущим автором этой статьи. Другими авторами исследования являются профессор Дэвид Х. Кох профессор Роберт Лангер из Массачусетского технологического института, профессора Виктор Котельянский и Тимофей Зацепин из Института науки и техники им. Сколково и профессор Вэнь Сюэ из Медицинской школы Массачусетского университета.

Целевое заболевание

В глобальном масштабе ряд исследователей пытались разработать эффективные и безопасные методы доставки компонентов, необходимых для CRISPR, который включает Cas9 (фермент, режущий ДНК) и короткую РНК для направления фермента в целевую область генома, инструктируя Cas9 на участке, который будет разрезан.

В большинстве случаев ученые используют вирусы для доставки гена для Cas9, а также для направляющей нити РНК. В 2014 году Андерсон, Инь и их сотрудники создали невирусную систему доставки в первой демонстрации лечения заболевания, а именно заболевания печени, называемого тирозинемией, путем введения CRISPR у взрослого животного. Однако этот способ доставки предусматривает инъекцию под высоким давлением, способ, который может даже повредить печень.

Спустя некоторое время ученые продемонстрировали, что они могут доставлять компоненты без внедрения инъекции под высоким давлением путем обертывания мессенджерной РНК (мРНК), кодирующей Cas9, с помощью наночастицы вместо вируса. Принимая эту методику, когда гистограмма РНК все еще была перенесена вирусом, команда смогла модифицировать целевой ген почти в 6% гепатоцитов, что было достаточным для лечения тирозинемии

Согласно Андерсону, хотя этот метод доставки выглядит многообещающим, при определенных условиях может быть лучше использовать полностью невирусную систему доставки. Одним из факторов является то, что при использовании конкретного вируса у пациента развиваются антитела к вирусу. Следовательно, его нельзя использовать снова. Более того, антитела к вирусам, протестированные для доставки CRISPR, ранее существовали у некоторых пациентов.

В новой публикации, опубликованной в Nature Biotechnology, команда сообщила о системе с возможностью доставки Cas9, а также RNA-гида, используя наночастицы, тем самым устраняя необходимость использования вирусов. Чтобы доставить направляющие РНК, команде пришлось первоначально редактировать РНК химически, чтобы защитить ее от ферментов, присутствующих в организме, которые обычно могли бы расщеплять ее до достижения ее целевого местоположения.

Исследователи исследовали структуру комплекса, образованного направляющим РНК и Cas9 (т. Е. SgRNA), чтобы выяснить участки направляющей цепи РНК, которые могут быть химически отредактированы, не мешая связыванию двух молекул. Используя этот анализ, команда разработала и проверила различные возможные комбинации модификаций.

Мы использовали структуру комплекса Cas9 и sgRNA в качестве руководства и провели тесты, чтобы выяснить, что мы можем модифицировать до 70 процентов направляющей РНК . Мы могли бы сильно изменить его и не влиять на связывание sgRNA и Cas9, и эта улучшенная модификация действительно усиливает активность .

Хао Инь, ученый-исследователь, Институт Коха и ведущий автор статьи

Репрограммирование печени

Команда обернула эти измененные направляющие РНК или усиленную sgRNA в липидные наночастицы, которые ранее использовались ими для доставки других видов РНК в печень. Затем они вводили направляющие РНК в мыши вместе с наночастицами, включая мРНК, которая кодирует Cas9.

Они проводили эксперименты, ингибируя несколько разнородных генов, выраженных гепатоцитами. Однако их основное внимание было уделено гену Pcsk9, регулирующему холестерин. Им удалось ингибировать этот ген в более чем 80% клеток печени, и белок Pcsk9 не мог быть обнаружен у этих мышей. Команда также обнаружила 35% -ное падение общего уровня холестерина у обработанных мышей.

В настоящее время команда пытается идентифицировать другие заболевания печени, которые можно вылечить, используя эту технику, и разработать эти методы для использования у пациентов.

Я думаю, что наличие полностью синтетической наночастицы, которая может специально превратить гены, может стать мощным инструментом не только для Pcsk9, но и для других заболеваний . Печень является действительно важным органом, а также источником болезней для многих людей. Если вы можете перепрограммировать ДНК своей печени, пока вы все еще используете ее, мы считаем, что существует множество заболеваний, которые можно было бы решить .

Даниэль Андерсон, отдел химической инженерии, Массачусетский технологический институт

« Мы очень рады видеть, что это новое применение нанотехнологий открывает новые возможности для редактирования генов – добавил Лангер.

Национальным институтом здоровья (НИУ), Российским научным фондом, Центром «Сколтех» и Фондом поддержки Института Коха (основного) гранта Национального института рака финансировалось исследование.

Source link