Исследователи из Японии продемонстрировали возможность эффективной доставки генов в организме лабораторных мышей с помощью фуллеренов.

Доставка генетического материала в клетки обладает значительным потенциалом в борьбе с рядом заболеваний. К сожалению, камнем преткновения в разработке этого направления медицины является разработка безопасных и эффективных агентов доставки генетического материала. Ранее в качестве систем, транспортирующих гены в клетку, использовали векторы вирусного происхождения и невирусные липидные векторы. Использование вирусных векторов может, однако, вызывать нежелательный иммунный отклик организма, а невирусные векторы типа липид-ДНК недостаточно эффективны и могут проявлять токсичность по отношению к клеткам.

Строение тетрааминофуллерена

Еиичи Накамура (Eiichi Nakamura) с коллегами из Университета Токио (University of Tokyo) разработал и успешно продемонстрировал способ доставки гена зеленого флуоресцирующего белка [enhanced green fluorescent protein genes (EGFP)] и гена инсулина 2 в организм мышей с помощью растворимого в воде катионного тетрааминофуллерена. Накамура подчеркивает, что его работа является первым примером того, что средством доставки фрагмента ДНК в живой организм могут быть не только вирусы и комплексы липид-ДНК, но и производные фуллерена.

Связывание плазмиды ДНК, кодирующей каждый ген (в отдельных экспериментах) с вектором на основе тетрааминофуллерена осуществлялось за счет заряд-зарядовых взаимодействий, инициированных протонированием аминогрупп фуллеренового вектора. Катионный характер переносчика способствует его конденсации с участком ДНК и защищает нуклеиновую кислоту от ферментативного гидролиза in vivo. После прохождения мембраны вектор ацилируется, теряет заряд, в результате чего молекула ДНК высвобождается.

Доказав на лабораторных мышах, что система на основе фуллеренов может доставлять гены в их организм vivo, исследователи решили сравнить производительность предложенного ими вектора с известным липидным вектором – липофектином (Lipofectin). Было обнаружено, что тетрааминфуллерен более эффективен в доставке ДНК в печень и селезенку по сравнению с системой на основе катионной липосомы. Более того, в отличие от липофектина фуллереновый вектор не проявляет острых токсических свойств по отношению к печени или почкам, возможно – благодаря хорошей растворимости в воде.

Баладжи Ситараман (Balaji Sitharaman), специалист по бионанотехнологии из Университета Стони Брук (Нью-Йорк, США) предполагает, что новый метод доставки генов может привести к применению фуллеренов in vivo, например, для доставки генов, ответственных за экспрессию инсулина, понижении концентрации глюкозы в крови и лечения диабета. Накамура добавляет, что его группа предлагает работающую альтернативу существующим липидным векторам для генной терапии, которую, к тому же, проще синтезировать, чем липидные векторы.

Алиасгер Салем (Aliasger Salem), разрабатывающий системы доставки генов в Университете Айовы отмечает, что любые новые эффективно работающие векторы заслуживают похвалы. Тем не менее, он отмечает, что работа японских коллег не позволяет сравнить свойства фуллеренового вектора с классически применяющимися в генной терапии векторами на основе аденовирусов, поскольку такое сравнение просто не было сделано, добавляя, что для практического использования фуллеренов в качестве векторов еще необходимы долговременные исследования.

Новый подход может преодолеть ограничения, свойственные другим экспериментальным агентам для доставки генов, приближая возможность разработки безупречно работающих и безопасных методов генной терапии, и, возможно, вакцинации ДНК.