Этот подход, известный как РНК-интерференция (РНКи), имеет большие перспективы для лечения рака и других заболеваний. Однако доставка достаточного количества РНК для лечения пораженной ткани при одновременном избежании побочных эффектов в остальной части тела оказалась трудной.Новые частицы MIT, которые заключают короткие цепи РНК в сферу из жировых молекул и белков, заглушают гены-мишени в печени более эффективно, чем любая предыдущая система доставки, как выяснили исследователи при исследовании на мышах.«Что нас воодушевляет, так это то, что требуется очень небольшое количество РНК, чтобы вызвать нокдаун гена во всей печени.
Эффект специфичен для печени — мы не получаем никакого эффекта в других тканях, где вы этого не хотите. — говорит Дэниел Андерсон, доцент кафедры химической инженерии Сэмюэля А. Голдблита и член Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института имени Коха.Андерсон — старший автор статьи с описанием частиц в Proceedings of the National Academy of Sciences за неделю 10 февраля. Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха в Массачусетском технологическом институте, также является автором.Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Alnylam Pharmaceuticals, также обнаружила, что наночастицы могут сильно заглушить гены у нечеловеческих приматов.
Лицензия на коммерческую разработку передана компании.Природное вдохновение
РНК-интерференция — это естественный феномен, который ученые пытаются использовать с момента его открытия в 1998 году. Фрагменты РНК, известные как короткие интерферирующие РНК (миРНК), выключают определенные гены внутри живых клеток, разрушая молекулы РНК-мессенджера, которые несут инструкции ДНК в организм человека. остальная часть клетки.Ученые надеются, что этот подход может предложить новые методы лечения заболеваний, вызванных отдельными мутациями, таких как болезнь Хантингтона или рак, путем блокирования мутировавших генов, которые способствуют развитию рака.
Однако разработка методов лечения РНКи оказалась сложной задачей, поскольку трудно доставить большие количества миРНК в нужное место, не вызывая побочных эффектов в других тканях или органах.В предыдущих исследованиях Андерсон и Лангер показали, что они могут блокировать несколько генов небольшими дозами миРНК, оборачивая РНК в жироподобные молекулы, называемые липидоидами. В своей последней работе исследователи намеревались улучшить эти частицы, сделав их более эффективными, более избирательными и безопасными, — говорит Ичжоу Донг, постдок из Института Коха и ведущий автор статьи.
«Мы действительно хотели разработать материалы для клинического использования в будущем», — говорит он. «Это наша конечная цель, которой должен достичь материал».Вдохновение для создания новых частиц пришло из мира природы — в частности, небольших частиц, известных как липопротеины, которые переносят холестерин и другие жировые молекулы по всему телу.
Как и наночастицы липопротеинов, новые липопептидные частицы команды Массачусетского технологического института представляют собой сферы, внешние мембраны которых состоят из длинных цепей с жирным липидным хвостом, обращенным внутрь частицы. В новых частицах вершиной цепи, обращенной наружу, является аминокислота (строительные блоки белков).
Нити миРНК находятся внутри сферы, окруженные большим количеством липопептидных молекул. Молекулы холестерина, встроенные в мембрану, и внешнее покрытие из полимерного ПЭГ помогают стабилизировать структуру.Исследователи настроили химические свойства частиц, которые определяют их поведение, путем изменения аминокислот, входящих в состав частиц. В многоклеточных организмах содержится 21 аминокислота; исследователи создали около 60 липопептидных частиц, каждая из которых содержит разные аминокислоты, связанные с одной из трех химических групп — акрилатом, альдегидом или эпоксидом.
Эти группы также влияют на поведение частиц.Целенаправленный ударЗатем исследователи проверили способность частиц отключать ген белка свертывания крови, называемого фактором VII, который вырабатывается в печени клетками, называемыми гепатоцитами.
Измерение уровней фактора VII в кровотоке показывает, насколько эффективно подавление siRNA.На этом начальном экране наиболее эффективная частица содержала аминокислоту лизин, связанную с эпоксидом, поэтому исследователи создали дополнительные 43 наночастицы, аналогичные этой, для дальнейшего тестирования. Лучшее из этих соединений, известное как cKK-E12, обеспечивает подавление генов в пять раз более эффективно, чем это было достигнуто с помощью любого предыдущего носителя для доставки миРНК.В отдельном эксперименте исследователи доставили миРНК для блокирования гена-супрессора опухоли, который экспрессируется во всех тканях организма.
Они обнаружили, что доставка миРНК очень специфична для печени, что должно минимизировать риск побочных эффектов, не соответствующих цели.«Это важно, потому что мы не хотим, чтобы материал заставлял замолчать все цели в человеческом теле», — говорит Донг. «Если мы хотим лечить пациентов с заболеванием печени, мы хотим заставить замолчать только цели в печени, а не другие типы клеток».
В тестах на нечеловеческих приматах исследователи обнаружили, что частицы могут эффективно заглушать ген под названием TTR (транстиретин), который участвует в заболеваниях, включая сенильный системный амилоидоз, семейную амилоидную полинейропатию и семейную амилоидную кардиомиопатию.Команда Массачусетского технологического института сейчас пытается больше узнать о том, как частицы ведут себя и что с ними происходит после введения, в надежде на дальнейшее улучшение характеристик частиц.
Они также работают над наночастицами, которые нацелены на органы, отличные от печени, что является более сложной задачей, потому что печень является естественным местом для посторонних материалов, отфильтрованных из крови.Исследование финансировалось Alnylam Pharmaceuticals и Национальными институтами здравоохранения.