Новые инструменты для редактирования генетического кода дают надежду на новые методы лечения наследственных заболеваний, некоторых видов рака и даже упорных вирусных инфекций. Но типичный метод доставки генной терапии к определенным тканям организма может быть сложным и может вызывать тревожные побочные эффекты.

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон решили многие из этих проблем, упаковав полезную нагрузку для редактирования генов в крошечную настраиваемую синтетическую нанокапсулу. Они описали систему доставки и ее груз сегодня (9 сентября 2019 г.) в журнале Nature Nanotechnology.

Чтобы редактировать ген в клетке, инструмент для редактирования должен быть доставлен в клетку безопасно и эффективно. "

Шаоцинь "Сара" Гонг, профессор биомедицинской инженерии и исследователь, Висконсинский институт открытий, UW-Madison

Ее лаборатория специализируется на проектировании и создании наноразмерных систем доставки для целевой терапии.

«Редактирование неправильной ткани в организме после введения генной терапии вызывает серьезную озабоченность», – говорит Кришану Саха, также профессор биомедицинской инженерии UW-Madison и руководящий комитет общенационального консорциума по редактированию генома с 190 миллионами долларов США. поддержка со стороны национальных институтов здравоохранения. «Если репродуктивные органы будут случайно отредактированы, то пациент передаст генные изменения своим детям и каждому последующему поколению».

По словам Гонга, большая часть редактирования генома осуществляется с помощью вирусных векторов. Вирусы имеют миллиарды лет опыта вторжения в клетки и использования собственного механизма клетки для создания новых копий вируса. В генной терапии вирусы могут быть изменены, чтобы нести механизм редактирования генома, а не свои собственные вирусные гены в клетки. Механизм редактирования может затем изменить ДНК клетки, скажем, чтобы исправить проблему в генетическом коде, которая вызывает или способствует заболеванию.

«Вирусные векторы привлекательны, потому что они могут быть очень эффективными, но они также связаны с рядом проблем безопасности, включая нежелательные иммунные реакции», – говорит Гонг.

Новые клеточные мишени могут также потребовать трудоемких изменений вирусных векторов, и изготовление адаптированных вирусных векторов может быть затруднено.

«Очень трудно – если не невозможно – настроить множество вирусных векторов для доставки в определенную клетку или ткань организма», – говорит Саха.

Лаборатория Гонга покрыла полезную нагрузку генной терапии -; а именно, версия инструмента для редактирования генов CRISPR-Cas9 с направляющей РНК, разработанная в лаборатории Саха; с тонкой полимерной оболочкой, в результате чего получается капсула диаметром около 25 нанометров. Поверхность нанокапсулы может быть украшена функциональными группами, такими как пептиды, которые дают наночастицам возможность воздействовать на определенные типы клеток.

Нанокапсула остается интактной вне клеток -; в кровотоке, например -; разваливается только внутри клетки-мишени, когда запускается молекулой глутатиона. Освобожденная полезная нагрузка затем перемещается в ядро, чтобы редактировать ДНК клетки. Ожидается, что нанокапсулы уменьшат незапланированные генетические изменения из-за их короткой продолжительности жизни в цитоплазме клетки.

Этот проект представляет собой сотрудничество, объединяющее опыт UW-Madison в области химии, инженерии, биологии и медицины. Профессор педиатрии и офтальмологии Бикаш Р. Паттнаик и профессор сравнительной биологии Масатоши Судзуки и их команды работали над демонстрацией редактирования генов в глазах мыши и скелетных мышцах, соответственно, с помощью нанокапсул.

Поскольку нанокапсулы могут быть высушены вымораживанием, их можно удобно очищать, хранить и транспортировать в виде порошка, обеспечивая при этом гибкость для контроля дозировки. Исследователи из Исследовательского фонда выпускников Висконсина имеют патент на наночастицы.

«Небольшой размер, превосходная стабильность, универсальность в модификации поверхности и высокая эффективность редактирования нанокапсул делают их многообещающей платформой для многих типов генной терапии», – говорит Гонг.

Команда нацелена на дальнейшую оптимизацию нанокапсул в текущих исследованиях для эффективного редактирования в мозге и глазе.