Nowa terapia genowa. Naukowcy wykorzystali naturalny proces komórkowy, by dostarczyć leki organizmowi

Nowa technika terapii genowej wykorzystuje egzosomy, czyli mikropęcherzyki błonowe pełne bioaktywnych cząsteczek, które są nieustannie uwalniane przez komórki i służą do komunikacji między nimi. Potrafią też indukować wiele procesów. Teraz naukowcy przekształcili je w nanocząsteczki, noszące w sobie materiał genetyczny zdolny zatrzymać rozwijającego się raka.

Egzosomy to kuliste nanopęcherzyki błonowe, które są uwalniane przez niemal każdy typ komórek. Zawierają bioaktywne cząsteczki pośredniczące w wymianie informacji oraz w transporcie składników między komórkami. Egzosomy budzą zainteresowanie naukowców i są coraz częściej testowane jako biologiczne nośniki leków. Teraz badacze z Ohio State University chcą wykorzystać egzosomy do dostarczania odpowiedniej kombinacji genów bezpośrednio do komórek rakowych mózgu w celu zablokowania ich namnażania się w chorym organie.

Najogólniej mówiąc nowa metoda wykorzystania egzosomów w terapii genowej polega najpierw na tym, aby zmobilizować dojrzałe komórki macierzyste do wydalenia milionów egzosomów ze swojego wnętrza, a następnie na upakowaniu w tych nanopęcherzykach odpowiedniego zestawu genów supresyjnych, czyli hamujących rozwój danego raka. Teraz wystarczy już tylko wstrzyknąć takie nanocząsteczki do krwi chorego, a te już same będą wiedziały do których części ciała się skierować.

W obrazowy sposób opisał to jeden z autorów pomysłu, L. James Lee - emerytowany profesor inżynierii chemicznej i molekularnej Ohio State University: "Pomyśl o nich jak o prezentach świątecznych, które znajdują się w zapakowanym pudełku, są opłacone i gotowe do wysyłki. A tym prezentem jest, stworzona przez Matkę Naturę, terapeutyczna nanocząsteczka".

Badacze z zespołu prof. Lee zaczęli pracę nad nową technologią genową dwa lata temu, gdy pojawiły się pierwsze doniesienia o sukcesach medycyny regeneracyjnej, nazywanej też nanotransfekcją tkanek (ang. Tissue Nanotransfection - TNT). Urządzenie służące do nanotransfekcji tkanek zostało opracowane na Uniwersytecie Stanowym Ohio kilka lat temu. Skonstruowano wtedy tzw. nano-chip, który inicjuje leczenie uszkodzonych organów za jednym dotknięciem, dosłownie w ułamku sekundy. Tę technologię wykorzystuje się do naprawy uszkodzonej tkanki lub przywrócenia funkcji starzejącym się organom lub naczyniom krwionośnym, a opiera się na dwóch elementach. Pierwszym jest niezwykle małe urządzenie, czyli nano-chip, który dostarcza ładunek biologiczny do komórek skóry, a drugim jest ów ładunek biologiczny, który jest w stanie przeprogramować komórki. Dzięki temu dorosła komórka ulega przekształceniu w inny typ komórki. Na przykład z komórek skóry powstają nowe naczynia krwionośne - zapewniają naukowcy z Ohio State University.

Teraz naukowcy dostrzegli jeszcze jedną możliwość wykorzystania technologii TNT. Zdecydowali się wykorzystać egzosomy do przenoszenia zmodyfikowanego materiału genetycznego, do komórek położonych w różnych częściach ciała.

Zobacz wideo

Jak wyglądały prace nad biologiczną nanocząsteczką?

Najpierw naukowcy umieścili na specjalnie przygotowanym krzemowym podłożu około miliona komórek pobranych z ludzkiego tłuszczu, a następnie - wykorzystując bodziec elektryczny - wstrzyknęli do ich wnętrza syntetyczne DNA. W takiej sytuacji komórki musiały zareagować, czyli pozbyć się obcego  materiału genetycznego. Wyrzuciły zatem poza obręb błony komórkowej niechciane DNA i zabrały się do naprawiania powstałych dziur. Ten wyrzucony na zewnątrz komórek "worek ze śmieciami", jak go określili badacze, to właśnie egzosomy. I na to czekali badacze. Teraz zebrali i oczyścili miliony miniaturowych egzosomów i umieścili w nich przygotowany wcześniej materiał genetyczny.

Najważniejszą sprawą jest opracowanie odpowiedniego zestawu genów, pasującego do konkretnej choroby. Zdecydowano się przetestować, jak zadziała pomysł z egzosomami w przypadku glejaka mózgu u myszy. Przygotowano zatem fragment RNA zawierający gen o nazwie PTEN, hamujący procesy proliferacji komórkowej glejaka i wszczepiono do egzosomu. W ten sposób przygotowano miliony biologicznych nanocząsteczek, które następnie wprowadzono do krwioobiegu zwierząt.

Zaletą takich nanoczasteczek jest to, że nie wywołują w organizmie reakcji immunologicznej, a przedostają się wszędzie, podczas gdy większość leków nie przenika przez barierę krew-mózg. W dodatku egzosomy są tak zaprogramowane, że wiedzą, gdzie szukać komórek rakowych.

Podanie biologicznych nanocząsteczek z genem PTEN eksperymentalnym myszom pokazało, że są skuteczne. Trafiły bowiem dokładnie tam, gdzie miały trafić, czyli do mózgu, gdzie spowolniły rozrost glejaka w większym stopniu niż konwencjonalne leki.

Twórcy nowej technologii mają nadzieję, że ich pomysł na dostarczanie materiału biologicznego do mózgu może być przydatny w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak Parkinson i Alzheimer. Zatem istnieje już technologia dostarczania bezpośrednio do chorych tkanek leków lub materiału genetycznego i jeżeli tylko znamy kombinację genów, które mogą wyleczyć daną chorobę, to można z niej skorzystać - podsumowują swoje osiągnięcia amerykańscy naukowcy.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering.

Źródło: ScienceDaily