123RF
Nanocząstki nadzieją na leczenie chorób płuc
Redaktor: Monika Stelmach
Data: 05.04.2023
Źródło: Marek Matacz/PAP, Nature Biotechnology: „Lipid nanoparticle-enabled gene editing in the lung via inhalation”
| Tagi: | nanocząstki, płuca, geny, mRNA, CRISPR/Cas9, genom |
Naukowcy opracowali nanocząstki, które dostarczają do komórek płuc prawidłową wersję wadliwego genu. Docelowo mają one być przekazywane za pomocą rozpylacza i pomagać w różnych chorobach, w tym mukowiscydozie – informują badacze na łamach „Nature”.
Specjaliści z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i University of Massachusetts Medical School mają nowy pomysł na leczenie chorób genetycznych płuc. Aby trwale zadziałać na tego typu schorzenie, do komórek trzeba wprowadzić prawidłową wersję wadliwego genu. Badacze opracowali zdolne do wnikania do komórek płuc nanocząstki, które zawierają materiał genetyczny cząsteczki RNA.
Na razie zostało to przetestowane na zwierzętach. – To pierwsza demonstracja wysoce skutecznego sposobu dostarczania RNA do płuc myszy. Mamy nadzieję, że będzie można ją wykorzystać w terapii różnych chorób genetycznych, w tym mukowiscydozy – mówi prof. Daniel Anderson z MIT.
Jak podkreślają naukowcy, mRNA posiada ogromny potencjał w obszarze leczenia różnorodnych schorzeń genetycznych. Na przykład cząstki wstrzykiwane do krwiobiegu zwykle kumulują się w wątrobie, co wykorzystuje się już w pracach nad nowymi terapiami tego narządu. Skuteczne okazały się także nowe, oparte na mRNA szczepionki.
Jedną z głównych trudności jest jednak jego dostarczanie do komórek w wyznaczonym miejscu ciała, bez wprowadzania niepożądanych zmian w innych tkankach. W dotychczasowych metodach mRNA było umieszczane w sferach tłuszczowych.
Zespół prof. Daniela Andersona z MIT opracowuje tymczasem specjalny rodzaj cząstek, które szczególnie dobrze mogą dostarczać mRNA do komórek nabłonka płuc. W jednym z pierwszych, demonstracyjnych eksperymentów z pomocą cząstek zbudowanych z polimerów do tych komórek wprowadzili RNA kodujące białko, które wywołuje świecenie.
W nowym badaniu stworzyli natomiast lipidowe cząstki złożone z dwóch części: dodatnio naładowanej główki i niosącego ujemny ładunek ogona. Dodatnio naładowana główka dobrze oddziałuje z ujemnym ładunkiem mRNA oraz pomaga mu przedostać się do właściwego miejsca w komórce. Ogon natomiast pomaga cząstkom przedostać się przez błonę komórkową.
W doświadczeniach na myszach naukowcy pokazali, że do komórek płuc można wprowadzić geny systemu CRISPR/Cas9, który umożliwia precyzyjną edycję genomu. Po jednym zabiegu system zadziałał w 40 proc. docelowych komórek, dwie dawki zwiększyły ten odsetek do 50, a trzy do 60 proc. Jeśli chodzi o najważniejsze z punktu widzenia terapii komórki szczoteczkowe i rzęskowe, to w tej grupie zmienionych zostało 15 proc.
– Oznacza to, że byliśmy w stanie zmienić komórki o kluczowym znaczeniu dla chorób płuc. Nasze lipidy pozwoliły nam dostarczyć mRNA do płuc dużo skuteczniej niż jakikolwiek inny system opisany do tej pory – podkreśla współautor dokonania, prof. Bowen Lee.
Kolejna zaleta cząstek jest taka, że szybko się rozkładają i w ciągu kilku dni zostają usunięte z organizmu, co zmniejsza ryzyko zapalenia. Można je przy tym podawać wielokrotnie temu samemu pacjentowi bez obawy o odpowiedź immunologiczną. To ogromna przewaga w stosunku do innej metody podawania mRNA opartej na adenowirusach. Skutecznie dostarczają one materiał do komórek, ale prowokują układ odpornościowy i u danej osoby można je wykorzystać tylko raz.
– Osiągnięcie to otwiera drogę do obiecującej metody terapeutycznego wprowadzania genów do płuc w przypadku wielu chorób. Platforma ta na kilka sposobów przewyższa konwencjonalne szczepienia i terapie, m.in. nie stosuje się w niej komórek, pozwala na szybką produkcję składników, jest wysoce uniwersalna i ma korzystny profil bezpieczeństwa – komentuje Dan Peer Uniwersytetu w Tel Awiwie, który nie brał udziału w pracach.
W swoich badaniach naukowcy podawali myszom wprowadzane cząstki bezpośrednio do tchawicy, jednak uważają, że po dopracowaniu metody będzie można zastosować prosty rozpylacz. Obecnie trwają prace także nad wprowadzaniem genu korygującego mukowiscydozę i planowane są badania nad terapiami innych schorzeń oraz nad podawanymi do płuc szczepionkami.
Na razie zostało to przetestowane na zwierzętach. – To pierwsza demonstracja wysoce skutecznego sposobu dostarczania RNA do płuc myszy. Mamy nadzieję, że będzie można ją wykorzystać w terapii różnych chorób genetycznych, w tym mukowiscydozy – mówi prof. Daniel Anderson z MIT.
Jak podkreślają naukowcy, mRNA posiada ogromny potencjał w obszarze leczenia różnorodnych schorzeń genetycznych. Na przykład cząstki wstrzykiwane do krwiobiegu zwykle kumulują się w wątrobie, co wykorzystuje się już w pracach nad nowymi terapiami tego narządu. Skuteczne okazały się także nowe, oparte na mRNA szczepionki.
Jedną z głównych trudności jest jednak jego dostarczanie do komórek w wyznaczonym miejscu ciała, bez wprowadzania niepożądanych zmian w innych tkankach. W dotychczasowych metodach mRNA było umieszczane w sferach tłuszczowych.
Zespół prof. Daniela Andersona z MIT opracowuje tymczasem specjalny rodzaj cząstek, które szczególnie dobrze mogą dostarczać mRNA do komórek nabłonka płuc. W jednym z pierwszych, demonstracyjnych eksperymentów z pomocą cząstek zbudowanych z polimerów do tych komórek wprowadzili RNA kodujące białko, które wywołuje świecenie.
W nowym badaniu stworzyli natomiast lipidowe cząstki złożone z dwóch części: dodatnio naładowanej główki i niosącego ujemny ładunek ogona. Dodatnio naładowana główka dobrze oddziałuje z ujemnym ładunkiem mRNA oraz pomaga mu przedostać się do właściwego miejsca w komórce. Ogon natomiast pomaga cząstkom przedostać się przez błonę komórkową.
W doświadczeniach na myszach naukowcy pokazali, że do komórek płuc można wprowadzić geny systemu CRISPR/Cas9, który umożliwia precyzyjną edycję genomu. Po jednym zabiegu system zadziałał w 40 proc. docelowych komórek, dwie dawki zwiększyły ten odsetek do 50, a trzy do 60 proc. Jeśli chodzi o najważniejsze z punktu widzenia terapii komórki szczoteczkowe i rzęskowe, to w tej grupie zmienionych zostało 15 proc.
– Oznacza to, że byliśmy w stanie zmienić komórki o kluczowym znaczeniu dla chorób płuc. Nasze lipidy pozwoliły nam dostarczyć mRNA do płuc dużo skuteczniej niż jakikolwiek inny system opisany do tej pory – podkreśla współautor dokonania, prof. Bowen Lee.
Kolejna zaleta cząstek jest taka, że szybko się rozkładają i w ciągu kilku dni zostają usunięte z organizmu, co zmniejsza ryzyko zapalenia. Można je przy tym podawać wielokrotnie temu samemu pacjentowi bez obawy o odpowiedź immunologiczną. To ogromna przewaga w stosunku do innej metody podawania mRNA opartej na adenowirusach. Skutecznie dostarczają one materiał do komórek, ale prowokują układ odpornościowy i u danej osoby można je wykorzystać tylko raz.
– Osiągnięcie to otwiera drogę do obiecującej metody terapeutycznego wprowadzania genów do płuc w przypadku wielu chorób. Platforma ta na kilka sposobów przewyższa konwencjonalne szczepienia i terapie, m.in. nie stosuje się w niej komórek, pozwala na szybką produkcję składników, jest wysoce uniwersalna i ma korzystny profil bezpieczeństwa – komentuje Dan Peer Uniwersytetu w Tel Awiwie, który nie brał udziału w pracach.
W swoich badaniach naukowcy podawali myszom wprowadzane cząstki bezpośrednio do tchawicy, jednak uważają, że po dopracowaniu metody będzie można zastosować prosty rozpylacz. Obecnie trwają prace także nad wprowadzaniem genu korygującego mukowiscydozę i planowane są badania nad terapiami innych schorzeń oraz nad podawanymi do płuc szczepionkami.
Patronat naukowy portalu: