Автор AZoNano 17 июня 2021 г.

Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали наночастицы, имитирующие иммунные клетки, которые воздействуют на воспаление в легких и доставляют лекарства прямо туда, где они необходимы.

В качестве доказательства концепции исследователи заполнили наночастицы лекарственным средством дексаметазоном и ввели их мышам с воспаленной легочной тканью. Воспаление было полностью вылечено у мышей с помощью наночастиц в такой концентрации, при которой стандартные методы доставки не имели никакого эффекта.

Исследователи сообщили о своих выводах в Science Advances 16 июня.

Что особенного в этих наночастицах, так это то, что они покрыты клеточной мембраной, которая была генетически сконструирована для поиска и связывания воспаленных клеток легких. Они являются последними в линейке так называемых наночастиц, покрытых клеточной мембраной, которые были разработаны лабораторией профессора наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Лянфанг Чжан. Его лаборатория ранее использовала наночастицы, покрытые клеточной мембраной, для поглощения токсинов, продуцируемых MRSA; лечить сепсис; и тренировать иммунную систему для борьбы с раком. Но в то время как эти предыдущие клеточные мембраны были естественным образом получены из клеток организма, клеточные мембраны, использованные для покрытия этой наполненной дексаметазоном наночастицы, не были.

«В этой статье мы использовали подход генной инженерии для редактирования поверхностных белков на клетках до того, как мы собрали мембраны. Это значительно продвинуло нашу технологию, позволив нам точно сверхэкспрессировать определенные функциональные белки на мембранах или нокаутировать некоторые нежелательные белки, », – сказал Чжан, старший автор статьи.

Джун Хо Пак, аспирант лаборатории Чжана и первый автор статьи, сказал, что исследователи заметили, что когда эндотелиальные клетки воспаляются, они сверхэкспрессируют белок, называемый VCAM1, целью которого является привлечение иммунных клеток к месту воспаления. . В ответ иммунные клетки экспрессируют белок под названием VLA4, который ищет и связывается с VCAM1.

«Мы сконструировали клеточные мембраны, чтобы постоянно экспрессировать полную версию VLA4», – сказал Парк. «Эти мембраны постоянно сверхэкспрессируют VLA4, чтобы найти VCAM1 и место воспаления. Эти сконструированные клеточные мембраны позволяют наночастице находить воспаленные участки, а затем высвобождать лекарство, которое находится внутри наночастицы, для лечения конкретной области воспаления. . "

Хотя наночастицы не будут напрямую повышать эффективность лекарственного средства – в данном случае дексаметазона – концентрация его в интересующем участке может означать, что потребуется более низкая дозировка. Это исследование показало, что дексаметазон накапливается в интересующем участке на более высоких уровнях и быстрее, чем стандартные подходы к доставке лекарств.

«Мы доставляем точно такое же лекарство, которое используется в клинике, но разница в том, что мы концентрируем лекарства на предмете интереса, », – сказал Парк. «Если эти наночастицы нацелены на очаг воспаления, это означает, что большая часть лекарства попадет туда, где это необходимо, и не будет выведена организмом, прежде чем сможет накапливаться и быть эффективным».

Исследователи отмечают, что этот генно-инженерный подход к клеточной мембране представляет собой платформенную технологию, которую теоретически можно использовать для борьбы не только с воспалением в других областях тела (VCAM1 является универсальным сигналом воспаления), но и для гораздо более широких вариантов использования. а также.

«Это универсальная платформа не только для воспаления легких, но и для любого типа воспаления, которое активирует VCAM1», – сказал Парк. «Эту технологию можно обобщить; эта сконструированная наночастица, покрытая клеточной мембраной, не должна сверхэкспрессировать VLA4, ее можно заменить другим белком, который может воздействовать на другие области тела или выполнять другие задачи»

Чтобы сконструировать клеточные мембраны для сверхэкспрессии белка VLA4, Парк и его команда начали с упаковки генов VLA4 в вирусный вектор. Затем они вставляют этот перепрограммированный вирусный вектор в выращенные в лаборатории клетки-хозяева, полученные от мышей. Клетки включают гены, которые вирусный вектор несет в свой собственный геном, и в результате производят мембраны, которые постоянно сверхэкспрессируют VLA4.

Следующим шагом исследователей будет изучение процесса с использованием мембран клеток человека, а не мембран клеток мышей, которые сконструированы так, чтобы экспрессировать человеческую версию VLA4. Еще предстоит сделать много шагов, прежде чем технологию можно будет протестировать в клинических испытаниях на людях, но исследователи говорят, что эти первые результаты, полученные с помощью платформенной технологии, обнадеживают.

«Используя установленные методы редактирования генов, это исследование выводит наночастицы, покрытые клеточной мембраной, на новый уровень и открывает новые возможности для адресной доставки лекарств и других медицинских применений», – заключил Чжан .

Статья: «Генетически сконструированные наночастицы, покрытые клеточной мембраной, для направленной доставки дексаметазона в воспаленные легкие». Соавторы включают Яо Цзян, Цзян Чжоу, Хуа Гун, Анимеш Мохапатра, Цзиюн Хео, Вэйвэй Гао и Ронни Х. Фанг.

Эта работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения (R01CA200574) и Объединенным научно-техническим отделом химической и биологической защиты Агентства по уменьшению угрозы Министерства обороны (HDTRA1-18-1-0014).

Источник: https://ucsd.edu/