Ученые из Школы медицины Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University School of Medicine) разработали метод доставки экзогенной ДНК в клетки раковой опухоли человеческого мозга, используя лиофилизированные наночастицы. Такие частицы могут храниться в течение трех месяцев, полностью сохраняя свою эффективность. «Хранящиеся на полке» стабильные наночастицы могут избавить генную терапию от необходимости применения вирусов как средства доставки в клетку экзогенной генетической информации – метода, связанного с проблемами безопасности.

«Большинство невирусных методов генной терапии отличаются очень низкой эффективностью», – говорит доцент кафедры биомедицинской инженерии доктор философии Джордан Грин (Jordan Green). «Основанная на наночастицах генная терапия может быть как более безопасной, так и более эффективной, чем традиционная химиотерапия рака».

Клетки раковой опухоли головного мозга,
вырабатывающие флуоресцентный белок.
Кодирующая этот белок ДНК доставлена
в клетки лиофилизированными наночастицами,
разработанными инженерами-биомедиками
Университета Джонса Хопкинса.
(Фото: Stephany Tzeng)

Чтобы получить такие наночастицы, команда доктора Грина начала с малых молекул, на системной основе смешивая их друг с другом и вызывая химические реакции, в результате которых получались разные полимеры. Затем с каждым из этих полимеров они смешали ДНК, кодирующую флуоресцентный белок. ДНК связывалась с полимерами и образовывала наночастицы. Каждый из таких образцов был добавлен к клеткам раковых опухолей человека и к стволовым клеткам таких опухолей. Через 48 часов ученые подсчитали, какое количество клеток светилось в результате поглощения наночастиц и выработки флуоресцентного белка, закодированного во введенной ДНК. Успешность эксперимента оценивалась по количеству выживших клеток и по тому, какой процент из этих клеток светился.

Из многих проверенных комбинаций наночастицы из так называемого поли(бета-амино эфира) особенно хорошо проникали как в клетки глиобластомы, так и в стволовые опухолевые клетки. Исследователи лиофилизировали эти наночастицы и хранили их при различных температурах (в морозильнике, холодильнике и при комнатной температуре) в течение различных периодов времени (одного, двух и до трех месяцев), а затем перепроверили их способность проникать в клетки. По словам доктора Грина, после шестимесячного хранения эффективность наночастиц снижалась примерно наполовину, но до трех месяцев хранения при комнатной температуре оставалась практически неизменной. Кроме того, ученые обнаружили, что определенные наночастицы имели более выраженное сродство к опухолевым, чем к нормальным клеткам головного мозга.

«Я вполне могу себе представить использование наночастиц, основанных на этой технологии, в сочетании с операцией на головном мозге или даже вместо нее», – отзывается на результаты исследования адъюнкт-профессор кафедры нейрохирургии и онкологии Университета Джонса Хопкинса Альфредо Кинонес-Инохоса (Alfredo Quinones-Hinojosa). «Я предвижу, что в один прекрасный день, насколько мы понимаем этиологию и прогрессию рака мозга, мы сможем прибегнуть к помощи таких наночастиц даже раньше, чем к хирургическому вмешательству – как же это было бы здорово! Только представьте себе возможность совсем избежать операции на головном мозге».

Исследование финансировалось целым рядом ведущих научных центров и государственных и частных исследовательских фондов США – Институтом нанобиотехнологии (Institute for NanoBioTechnology) Университета Джонса Хопкинса, Фондом исследования стволовых клеток штата Мэриленд (Maryland Stem Cell Research Fund), Национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health), Медицинским институтом Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) и Фондом Роберта Вуда Джонсона (Robert Wood Johnson Foundation).

Аннотация к статье

Non-viral gene delivery nanoparticles based on Poly(β-amino esters) for treatment of glioblastoma