Автор AZoNano Mar 2 2021

Технология редактирования генома CRISPR стала новым мощным инструментом, который может изменить то, как мы лечим болезни. Однако проблема при изменении генетики наших клеток заключается в том, как сделать это безопасно, эффективно и конкретно нацелено на ген, ткань и орган, которые нуждаются в лечении. Ученые из Университета Тафтса и Института Броуда в Гарварде и Массачусетском технологическом институте разработали уникальные наночастицы, состоящие из липидов – молекул жира – которые могут упаковывать и доставлять механизмы редактирования генов специально в печень.

В исследовании, опубликованном сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences они показали, что могут использовать липидные наночастицы (LNP) для эффективной доставки механизма CRISPR в печень мышей, в результате чего в специфическом редактировании генома и снижении уровня холестерина в крови на целых 57% – снижение, которое может длиться как минимум несколько месяцев всего одним выстрелом.

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, проблема высокого холестерина поражает более 29 миллионов американцев.

Состояние сложное и может происходить из нескольких генов, а также от выбора питания и образа жизни, поэтому его нелегко лечить. Однако исследователи Тафтс и Броуд модифицировали один ген, который мог бы обеспечить защитный эффект против повышенного холестерина, если бы его можно было отключить редактированием гена.

Ген, на котором сосредоточились исследователи, кодирует ангиопоэтин-подобный фермент 3 (Angptl3). Этот фермент подавляет активность других ферментов – липаз, которые помогают расщеплять холестерин. Если исследователям удастся отключить ген Angptl3, они смогут позволить липазам выполнять свою работу и снижать уровень холестерина в крови.

Оказывается, у некоторых счастливчиков есть естественная мутация в гене Angptl3, приводящая к стабильно низким уровням триглицеридов и холестерина липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), обычно называемого «плохим» холестерином, в их кровотоке без каких-либо известных клинических проявлений. недостатки.

«Если мы сможем воспроизвести это состояние, выбив ген angptl3 у других, у нас будет хороший шанс найти безопасное и долгосрочное решение проблемы высокого холестерина», – сказал Цяобин Сюй, доцент кафедры биомедицинская инженерия в Инженерной школе Тафтса и автор исследования. «Нам просто нужно убедиться, что мы доставляем пакет для редактирования генов специально в печень, чтобы не создавать нежелательных побочных эффектов».

Команда Сюй смогла сделать именно это с моделями мышей. После однократной инъекции липидных наночастиц, упакованных мРНК, кодирующей CRISPR-Cas9, и однонаправленной РНК, нацеленной на Angptl3, они наблюдали глубокое снижение холестерина ЛПНП на целых 57% и уровней триглицеридов примерно на 29%, оба из которых оставались неизменными. на этих пониженных уровнях не менее 100 дней.

Исследователи предполагают, что эффект может длиться намного дольше, возможно, ограниченный только медленным обновлением клеток в печени, которое может происходить в течение примерно года. По словам исследователей, снижение холестерина и триглицеридов зависит от дозы, поэтому их уровень можно регулировать, вводя меньше или больше LNP за один прием.

Для сравнения: существующая, одобренная FDA версия LNP, нагруженных мРНК CRISPR, могла снизить холестерин ЛПНП не более чем на 15,7%, а триглицериды на 16,3%, по словам исследователей.

Уловка для создания лучшего LNP заключалась в настройке компонентов – молекул, которые собираются вместе, чтобы сформировать пузыри вокруг мРНК. LNP состоят из длинноцепочечных липидов, которые имеют заряженную или полярную головку, которая притягивается к воде, хвост углеродной цепи, который указывает на середину пузырька, содержащего полезную нагрузку, и химического линкера между ними.

Также присутствует полиэтиленгликоль и да, даже холестерин, который играет нормальную роль в липидных мембранах, делая их менее протекающими, чтобы лучше удерживать их содержимое.

Исследователи обнаружили, что природа и относительное соотношение этих компонентов, по-видимому, оказывают сильное влияние на доставку мРНК в печень, поэтому они протестировали LNP с множеством комбинаций голов, хвостов, линкеров и соотношений между всеми компонентами на предмет их способности. для нацеливания на клетки печени.

Поскольку эффективность состава LNP in vitro редко отражает его характеристики in vivo, они непосредственно оценивали специфичность и эффективность доставки у мышей, в клетках которых есть репортерный ген, который загорается красным светом при редактировании генома. В конце концов, они обнаружили LNP, нагруженный мРНК CRISPR, который освещал только печень у мышей, показывая, что он может специфически и эффективно доставлять инструменты редактирования генов в печень для выполнения их работы.

LNP были созданы на основе более ранней работы в Tufts, где Сюй и его команда разработали LNP с 90% эффективностью доставки мРНК в клетки. Уникальной особенностью этих наночастиц было наличие дисульфидных связей между длинными липидными цепями.

Вне клеток LNP образуют стабильную сферическую структуру, которая фиксирует их содержимое. Когда они находятся внутри клетки, среда внутри разрывает дисульфидные связи, чтобы разобрать наночастицы. Затем содержимое быстро и эффективно попадает в камеру. Предотвращая потерю за пределами ячейки, LNP могут иметь гораздо более высокую производительность при доставке своего содержимого.

«CRISPR – один из самых мощных терапевтических инструментов для лечения заболеваний с генетической этиологией. Недавно мы стали свидетелями первого клинического исследования CRISPR-терапии, которую можно было использовать с помощью доставки LNP для систематического редактирования генов внутри. «Наша платформа LNP, разработанная здесь, имеет большой потенциал для клинического применения», – сказал Мин Цю, научный сотрудник лаборатории Сюй в Тафтсе

.

«Мы предполагаем, что с этой платформой LNP в руках мы сможем сделать CRISPR практичным и безопасным подходом для лечения широкого спектра заболеваний или расстройств печени», – сказал Захари Гласс, аспирант в Сюй лаб. Цю и Гласс – соавторы исследования.

Эта работа поддерживается Программой редактирования генома соматических клеток, финансируемой через Общий фонд NIH (SCGE: https://scge.mcw.edu/about-us/).

Источник: https://www.tufts.edu/