Исследователи из Северо-Западного университета и их коллеги из Университета Джонса Хопкинса (оба — США) нашли способ, позволяющий контролировать форму транспортных наночастиц, переносящих на себе ДНК-молекулы.

Это позволило доказать, что

именно форма наночастиц является ключевым фактором, который определяет терапевтическую активность всего комплекса. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.

Рис. 1. Именно форма транспортных наночастиц является ключевым фактором, влияющим на эффективность генной терапии. Зелёным показаны возможные формы таких частиц. (Иллюстрация Northwestern university).

В основе исследования лежит метод создания невирусных наночастиц, в полимерное защитное покрытие которых могут быть интегрированы необходимые фрагменты ДНК-молекул. Частицы стабильны в кровотоке, и только после поглощения клетками защитный полимер начинает деградировать, высвобождая свой генетический материал (по всей видимости, полимер разлагается лишь под действием клеточных органелл. — Прим. ред.). Считав эти фрагменты ДНК, неразумная клетка запустит синтез функциональных белков, которые впоследствии уничтожат её саму.

Но самым большим достоинством работы стала возможность управления формой этих транспортных наночастиц. Исследователи получили сферические частицы, а также частицы волно- и палочкообразные, подражая размерам и формам вирусных частиц. Но это было потом, а сначала учёные, наблюдая за образованием наночастиц различных форм и размеров в своих колбах, были вынуждены обратиться к методам компьютерного анализа, с тем чтобы понять, почему же так происходит.

Расчётная часть исследования выполнялась с привлечением теоретических моделей и компьютерного кластера, состоящего из 96 работавших в течение месяца машин. Теоретический анализ позволил найти и экспериментально подтвердить то, какие именно факторы влияют на форму и размер образующихся наночастиц.

Для подтверждения первоначального предположения о ключевом значении формы транспортных наночастиц для терапевтической активности были проведены серии опытов на животных. В каждом эксперименте материал наночастиц и ДНК был абсолютно одинаковым, а различия состояли лишь в форме транспортных частиц: сферические, палочкообразные или волнообразные (червеобразные).

Оказалось, что

использование волнообразных наночастиц приводит к образованию в 1 600 раз большего числа генов в клетках печени, чем при других формах. Иначе говоря, приготовление наночастиц именно в форме «червей» обеспечит гораздо более эффективную доставку генетического терапевтического материала в раковые клетки, чем это может быть достигнуто в случае с классическими сферическими образованиями.