Ученые разработали новую систему доставки препаратов для лечения генетических заболеваний
Команда исследователей под руководством ученых Гарварда и Института Броуда разработала новую систему доставки лекарств с использованием модифицированных ДНК-свободных вирусоподобных частиц (eVLP) для запечатывания и доставки терапевтических уровней белков, отвечающих за редактирование генов, в модель заболеваний животных. Команда использовала eVLP для редактирования гена у мышей, связанного с высоким уровнем холестерина, и для частичного восстановления зрения у мышей с точечной мутацией, вызывающей генетическую слепоту.
Поскольку eVLP обеспечивают более безопасную доставку редактирующих геном агентов в живом организме, чем некоторые методы, используемые в клинической практике, при сравнимой или более высокой эффективности, эта новая платформа является перспективной технологией для доставки терапевтических макромолекул живым животным с минимальным риском внецелевого редактирования или интеграции ДНК.
В статье, опубликованной в журнале Cell, исследователи описывают, как они разработали вирусоподобные частицы для доставки редакторов оснований — белков, которые осуществляют программируемые точечные изменения в ДНК, и нуклеазы CRISPR-Cas9 — белка, который разрезает ДНК в целевых участках генома. Авторы определили факторы, которые влияют на эффективность доставки вирусоподобных частиц, и продемонстрировали, что инженерия вирусоподобных частиц позволяет преодолеть многочисленные структурные ограничения их эффективности. Безопасная и эффективная доставка агентов для редактирования генов в клетки живых людей и животных — это основная задача. Созданные командой eVLP являются первыми вирусоподобными частицами, которые доставляют терапевтические уровни базовых редакторов в различные типы клеток взрослых животных.
“Доставка терапевтических макромолекул в клетки млекопитающих животных и, в конечном итоге, в организм пациентов является одной из самых важных задач в области медико-биологических наук. Часто есть резкий перепад между доставкой in vitro и in vivo, поэтому мы приняли раннее решение, что наша новая технология доставки должна показать хорошую эффективность на животных моделях” — Дэвид Лю, ведущий автор статьи, профессор естественных наук и основной преподаватель института Броуда.
Эта работа возглавлялась сотрудниками лаборатории Лю, включая постдокторанта Самагью Банскоту и аспиранта Адитью Рагурама, в сотрудничестве с исследовательскими группами под руководством Кшиштофа Пальчевского из Калифорнийского университета в Ирвайне и Кирана Мусунуру из Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете.
Эта новая система доставки находит новое применение для вирусоподобных частиц и основывается на успехе редакторов оснований, которые лаборатория Лю разработала в 2016 году для перезаписи отдельных оснований ДНК, таких как отвечающих за мутации, которые вызывают тысячи генетических заболеваний. Вирусоподобные частицы, группы вирусных белков, которые могут заражать клетки, но не имеют вирусного генетического материала, давно изучаются как средства доставки лекарств. Поскольку они способны нести молекулярный груз и не содержат вирусного генетического материала, они могут использовать эффективность и преимущества тканевой направленности вирусной доставки без недостатков использования настоящих вирусов, которые могут вставлять свой генетический материал в геном клетки и потенциально вызывать рак. Однако существующие стратегии доставки VLP имеют ограниченную терапевтическую эффективность in vivo.
Для успешного использования VLP команда выявила ограничения в доставке и систематически разрабатывала компоненты VLP, чтобы преодолеть узкие места в запечатывании, распаковке и локализации груза. Таким образом, они разработали четвертое поколение eVLP, которые упаковывают в 16 раз больше грузовых белков, чем предыдущие конструкции, и позволяют увеличить эффективность редактирования в клетках и животных в 8-26 раз. Команда испытала свою оптимизированную систему eVLP для доставки редакторов оснований в печень мышей, где они эффективно отредактировали ген, который может снизить уровень “вредного” холестерина. Единственная инъекция eVLP привела к редактированию целевого гена в среднем на 63 процента и снижению уровня его белка на 78 процентов, что существенно снизило риск возникновения ишемической болезни сердца.
“Холестерин в качестве цели особенно интересен тем, что это актуально не только для пациентов с редкими генетическими заболеваниями”, — говорит Рагурам. “Мы надеемся, что это один из примеров того, как редактирование генома может принести пользу большому населению, поскольку уровень холестерина влияет на здоровье миллиардов людей”.
Исследователи также использовали одну инъекцию eVLP для коррекции вызывающей болезнь точечной мутации у мышей с генетическим заболеванием сетчатки. Они эффективно исправили точечную мутацию с меньшим отклонением от цели редактирования, чем при других методах доставки редакторов оснований, что привело к частичному восстановлению зрения. Команда также ввела eVLP напрямую в мозг мышей и заметила около 50 процентов эффективности редактирования в клетках, подвергшихся воздействию eVLP.
В дальнейшем, как оптимистично считает Банскота, eVLP будет использоваться учеными довольно легко благодаря относительной простоте системы и ее универсальности.
“Поскольку наша система относительно проста и легко конструируется, это позволяет другим ученым быстро адаптировать и перестроить эту технологию”,— заявляет Банскота. “Помимо переноса генных редакторов, eVLP могут транспортировать и другие макромолекулы с большим терапевтическим потенциалом”.