Хотя исследование было задумано как доказательство концепции, экспериментальная терапия замедлила рост опухоли и увеличила выживаемость у мышей с глиомами, которые составляют около 80% злокачественных опухолей головного мозга у людей.
Этот метод использует преимущества экзосом, заполненных жидкостью мешочков, которые клетки высвобождают, как способ общения с другими клетками.
В то время как экзосомы набирают силу как биологически дружественные носители терапевтических материалов – потому что их много, и они не вызывают иммунного ответа – трюк с генной терапией заключается в том, чтобы найти способ соответствовать этим сравнительно большим генетическим инструкциям внутри их крошечных тел в масштабе, который будет иметь терапевтический эффект.
Этот новый метод основан на запатентованной технологии, которая побуждает донорские клетки человека, такие как взрослые стволовые клетки, выплевывать миллионы экзосом, которые после сбора и очистки функционируют как наноносители, содержащие лекарственное средство. Когда их вводят в кровоток, они точно знают, где в организме находится их цель – даже если она находится в головном мозге.
Исследование опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.
В 2017 году Л. Джеймс Ли, старший научный сотрудник, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии из Университета штата Огайо и его коллеги совершили открытие в области регенеративной медицины под названием нанотрансфекция тканей (TNT). Метод основан на нанотехнологиях для того чтобы поставлять биологический груз сразу в кожу. При этом происходит преобразование взрослых клеток в любой тип клетки внутри собственного тела пациента.
Изучая дальше механизм, лежащий в основе успеха TNT, ученые из лаборатории Ли обнаружили, что экзосомы были секретом доставки регенеративных товаров в ткани, расположенные в глубоких слоях кожи.
Ученые поместили около 1 миллиона донорских клеток (таких, как мезенхимальные клетки, собранные из человеческого жира) на наноинженерную кремниевую пластину и использовали электрический стимул для введения синтетической ДНК в донорские клетки.
Электростимуляция имела дополнительный эффект тысячекратного увеличения терапевтических генов в большом количестве экзосом, высвобождаемых клетками, что свидетельствует о масштабируемости технологии для получения достаточного количества наночастиц для использования в организме человека.
Разумеется, для любой генной терапии важно знать, какие гены должны быть доставлены, чтобы решить медицинскую проблему. Для этой работы исследователи решили проверить результаты на глиоме опухолей головного мозга, поставляя ген под названием PTEN, ген-супрессор рака. Мутации PTEN, которые отключают эту роль подавления и могут позволить раковым клеткам расти бесконтрольно.
Синтетическая ДНК, насильственно подаваемая в донорские клетки, копируется в новую молекулу, состоящую из мессенджерной РНК, которая содержит инструкции, необходимые для получения конкретного белка.
«Преимущество этого заключается в том, что нет токсичности, ничто не провоцирует иммунный ответ и позволяет экзосомам проникать почти всюду в организме, в том числе минуя гематоэнцефалический барьер. При этом мы знаем, что большинство лекарств не могут попасть в мозг. Мы не хотим, чтобы экзосомы попали не в то место. Они запрограммированы не только убивать раковые клетки, но и знать, куда идти, чтобы найти раковые клетки», — рассказал профессор.
Тестирование на мышах показало, что меченые экзосомы с гораздо большей вероятностью попадают в опухоли головного мозга и замедляют их рост по сравнению с веществами, используемыми в качестве контроля.
Ли сказал, что благодаря безопасному доступу экзосом к мозгу, эта система доставки лекарств может быть использована в будущем при таких неврологических заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
«Надеюсь, когда-нибудь это можно будет использовать для медицинских нужд. Мы предусмотрели такой способ. Если кто-то знает, какая комбинация генов может вылечить определенную болезнь, но им нужна терапия — вот она», — сказал Ли.