Ученые использовали метод редактирования генов, названный CRISPR / Cas9, для генерации мышей, которые точно имитируют фатальные расстройства дыхания у новорожденных, которые окрашивают их губы и кожу в синий цвет. Новая лабораторная модель позволила исследователям точно определить причину заболевания и разработать потенциальное и крайне необходимое лечение на основе наночастиц.

Обычно не поддающаяся лечению альвеолярная капиллярная дисплазия со смещением легочных вен (ACDMPV) обычно поражает детей в течение месяца после рождения, согласно исследователям из Медицинского центра детской больницы Цинциннати, которые публикуют результаты в Американском журнале респираторной и критической помощи. Медицина . Болезнь лишает легочную систему кислорода после того, как кровеносные сосуды легких не формируются должным образом во время развития органов. Отсутствие крошечных кровеносных сосудов, называемых альвеолярными капиллярами, вызывает гипоксию, воспаление и смерть.

Не существует эффективных методов лечения, кроме трансплантации легких, поэтому срочно необходима новая терапия. Мы определили стратегию лечения наночастиц, чтобы увеличить количество альвеолярных капилляров и помочь сохранить дыхательную функцию, по крайней мере, для части детей с этим врожденным заболеванием легких ».

Влад Калиниченко, доктор медицинских наук, в Цинциннати Детский перинатальный институт центра регенеративной медицины легких и ведущий исследователь исследования

Заболевание уже давно связано с мутациями в гене FOXF1, важном регуляторе развития эмбрионального легкого. По словам исследователей, оставшейся загадкой до этого исследования являются точные микробиологические процессы, которые подпитывают ACDMPV.

Открытие соединения STAT3

В сотрудничестве с командой Павла Станкевича, доктора медицины, в Медицинском колледже Бэйлора в Хьюстоне, лаборатория Калиниченко проанализировала генетическую информацию от случаев ACDMPV у человека, чтобы создать первую клинически значимую модель ACDMPV на животных. Они использовали CRISPR / Cas9 для воссоздания человеческих мутаций FOXF1 у мыши. CRISPR-Cas9 позволяет осуществлять точное редактирование генов, используя фермент для вырезания определенных участков последовательности ДНК и повторного присоединения свободных концов в желаемой точке, чтобы изменить генетический состав клетки.

Наличие клинически точных мышиных моделей заболевания ACDMPV позволило ученым преодолеть давнее препятствие для понимания того, как развивается болезнь, пишут авторы.

Работа также опиралась на обширные биоинформатические анализы клинических и лабораторных данных биологических испытаний. Это включает в себя технику, называемую ChIP-Seq (которая анализирует белок-ДНК-взаимодействия), и целое секвенирование экзома (которое показывает расположение всех кодирующих белок областей гена).

Изучая взаимодействия белок-ДНК, связанные с геном FOXF1 в легочных клетках, авторы исследования обнаружили специфическую точечную мутацию с участием FOXF1 в месте связывания ДНК S52F ядерного белка FOXF1. Мутация блокировала передачу молекулярных сигналов множественным нижестоящим генам-мишеням, участвующим в образовании легочных кровеносных сосудов.

Они также обнаружили, что мутантный белок S52F FOXF1 не взаимодействует с белком, называемым STAT3. Эта связь имеет решающее значение для стимулирования развития кровеносных сосудов в легких новорожденного. Это привело к дефициту STAT3 в развитии легких и неправильному формированию системы кровообращения легких.

Исследователи также обнаружили дефицит STAT3 в донорских образцах от пациентов с ACDMPV, у которых были специфические точечные мутации в гене FOXF1. Авторы предположили, что лечение новорожденных мышей с помощью STAT3 будет стимулировать развитие кровеносных сосудов в легких, но они должны были выяснить, как доставить белок в легкие.

STAT3 раствор наночастиц

Исследователи обратились к технологии наночастиц для доставки мини-гена STAT3 в легкие новорожденных мышей. Они создали новый состав для так называемых наночастиц полиэтиленимина (PEI).

Желатиноподобные наночастицы PEI могут нести терапевтический генетический материал в различные части тела, вводя их пациентам внутривенно. Авторы исследования

утверждают, что различные составы наночастиц PEI в настоящее время тестируются в клинических испытаниях по поводу рака у взрослых в других учреждениях.

Терапевтическое введение ДНК STAT3 новорожденным мышам с мутацией S52F FOXF1 восстановило способность эндотелиальных клеток образовывать легочные кровеносные сосуды. Это стимулировало рост кровеносных сосудов у животных и образование воздушных мешков, называемых альвеолярными.

«Если эффективность наночастиц PEI будет подтверждена в клинических испытаниях, проводимых в отношении рака у взрослых, PEI может быть рассмотрен для генной терапии STAT3 у детей с ACDMPV», – сказал Калиниченко. «Учитывая, что ACDMPV является редким заболеванием, необходимо многоцентровое клиническое испытание для оценки эффективности генной терапии STAT3 у новорожденных и младенцев с ACDMPV».