Ученые выяснили, что микрокапсулы с покрытиями из слоя двуокиси кремния можно эффективно применять при редактировании генома с использованием технологии CRISPR/Cas9. В перспективе применение таких капсул упростит и сделает эффективнее редактирование генома, которое в будущем поможет врачам лечить ранее неизлечимые наследственные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, гемофилия и многие другие. Результаты исследования, проведенного сотрудниками Томского политехнического университета совместно с российскими и иностранными коллегами, опубликованы в журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine.

CRISPR/Cas9 — революционная технология редактирования генома, обладающая огромным потенциалом для исследований, а также для клинического применения. Как объясняет один из авторов научной статьи Борис Фезе, профессор клеточной и генной терапии Университета Гамбурга, бактерии имеют адаптивную иммунную систему, которая помогает им распознавать и уничтожать вирусы (бактериофаги), если те пытаются инфицировать их во второй раз. Принцип работы такой защитной системы схож с принципами работы наших кровяных антител, узнающих патогены, которые пытаются инфицировать человека повторно.

Главное препятствие, которое мешает применить эти технологии в медицине — безопасная и эффективная доставка генетического материала в редактируемую клетку.

«Существующие методы доставки отличаются высокой степенью токсичности. При их использовании какая-то часть редактируемых клеток погибает. К примеру, при доставке биоматериала методом электропорации выживает только 40–50% клеток», — рассказывает один из главных авторов научной статьи, младший научный сотрудник лаборатории новых лекарственных форм ТПУ Александр Тимин.

Микрокапсулы с покрытиями из наноразмерного слоя двуокиси кремния. ТПУ

Чтобы решить эту проблему, ученые впервые использовали для доставки генетического материала внутрь клеток полимерные и гибридные микрокапсулы с покрытиями из наноразмерного слоя кремния (SiO₂). Размер таких капсул составляет 2–2,5 микрометра. В них загружается генетический материал (биологически активные вещества): миРНК, мРНК и плазмиды ДНК. Далее эти капсулы доставляются к редактируемой клетке. Она поглощает их путем макропиноцитоза — процесса, при котором клетки захватывают относительно крупные частицы. Таким образом, микрокапсула оказывается в цитоплазме клетки и там высвобождает свое содержимое. Сама оболочка при этом постепенно растворяется.

«Эффективность доставки с помощью наших микрокапсул достигается за счет низкой токсичности. Проведенное исследование показало, что более 90% клеток выживает после трансфекции. Таким образом, процент отредактированных клеток стал значительно выше в сравнении, когда для трансфекции применялись липосомы», — резюмирует Александр Тимин. Следующим этапом, по словам ученых, станет применение технологии CRISPR/Cas9 с использованием микрокапсул для доставки генетического материала уже в исследованиях in vivo, то есть на живом материале.