Исследователи в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса, Отделе Университета Джонса Хопкинса Химической и Биомолекулярной Разработки и Федеральном университете Рио-де-Жанейро в Бразилии проектировали загруженную ДНК наночастицу, которая может пройти через закрывающие воздушные трассы проведения барьера слизи ткани легкого – доказательство понятия, они говорят, что терапевтические гены могут однажды быть поставлены непосредственно легким к уровням, достаточным, чтобы лечить муковисцедоз (CF), хроническую обструктивную болезнь легких, астму и другие опасные для жизни заболевания легких.«К нашему знанию это – первая биоразлагаемая система трансгенеза, которая эффективно проникает через человеческий барьер слизи воздушной трассы ткани легкого», говорит автор исследования Юнг Су Сук, доктор философии, инженер-биомедик и преподаватель в Центре Наномедицины в Глазном Институте Wilmer в Джонсе Хопкинсе. Отчет о работе появился на Слушаниях Национальной академии наук 29 июня.Барьер слизи защищает иностранные материалы и бактерии от входа и/или инфицирования легких.
В здоровых легких вдохнувший вопрос, как правило, пойман в ловушку в слизи воздушной трассы и впоследствии отметается от легких через бьющиеся действия ресниц или небольших, похожих на волосы берегов, к животу, который будет в конечном счете ухудшен. К сожалению, Сук отмечает, этот существенный защитный механизм также предотвращает, многие вдохнули терапию, включая основанную на гене медицину, от достижения их цели.
Эксперименты его команды с человеческой слизью воздушной трассы и мелкими животными, Сук добавляет, были разработаны как исследование доказательства понятия, демонстрирующее, что размещение корректирующего или гены замены или наркотики в сделанной человеком биоразлагаемой наночастице «обертка», которую вдыхают пациенты, могло проникнуть через барьер слизи и однажды использоваться, чтобы лечить серьезные заболевания легких. Кроме того, потому что единственная доза могла бы теоретически продлиться в течение нескольких месяцев, пациенты испытают меньше побочных эффектов, характерных для наркотиков, которые должны регулярно приниматься по долгим отрезкам времени.
Сук говорит, что их работа с наночастицами выросла из неудавшихся усилий поставить лечение людям с заболеваниями легких. В пациентах с CF, например, они испытывают накопление избыточной слизи, вызванной ресничным избиением, которому ослабляют, приводящим к идеальному нерестилищу для хронической бактериальной инфекции и воспламенения.
Этот патогенный процесс не только ухудшает качество жизни пациентов – и часто помещает пациентов в опасные для жизни ситуации – но это также делает слизь воздушной трассы тяжелее, чтобы преодолеть вдохнувшими терапевтическими наночастицами.Большинство существующих наркотиков для CF помогает ясным инфекциям, но не решает основные проблемы болезни. Несколько недавно одобренных наркотиков, разработанных, чтобы предназначаться для первопричины CF, требуют ежедневного лечения для всей целой жизни и могут принести пользу только поднаселению пациентов с определенными типами мутаций. Все же это исследование, Сук отмечает, продемонстрировало, что, поставляя нормальные копии генов CF-related или корректирующих генов через проникновение слизи загруженные ДНК наночастицы могли добиться производства нормального, «функционального» длительного срока белков.
Это могло в конечном счете стать эффективной терапией для легких пациентов, независимо от типа мутации.До настоящего времени никто не был в состоянии выяснить, как эффективно поставить те гены легким, Сук говорит, отмечая, что эксперименты, используя дезактивированные вирусы, чтобы нести их оказались неэффективными и дорогими, и могли потенциально привести к серьезным побочным эффектам.
Кроме того, тело могло развивать сопротивление этим основанным на вирусе системам доставки, отдавая спорный механизм доставки.Альтернативно, многочисленные невирусные, синтетические системы были широко проверены. Однако предыдущее исследование показало, что большинство невирусных, загруженных ДНК наночастиц обладает положительным зарядом, который заставил их придерживаться отрицательно заряженной биологической окружающей среды, в этом случае слизь, покрывающая воздушные трассы легкого.
Другими словами, обычные наночастицы слишком липкие, чтобы избежать нежелательных нецелевых взаимодействий во время их поездки к целевым клеткам. Далее, эти частицы имеют тенденцию быстро соединяться в физиологических условиях, отдавая им слишком большой, чтобы проникнуть через петлю слизи воздушной трассы.
Для ее дизайна команда разработала простой метод, чтобы плотно покрыть наночастицы нелипким полимером под названием ОРИЕНТИР, нейтрализовала обвинение и создала нелипкую внешность. Они показали, что эти наночастицы сохранили свои размеры в физиологической окружающей среде и способны к быстрому проникновению через человеческую слизь воздушной трассы, недавно собранную от пациентов, посещающих Программу Муковисцедоза Взрослого Джонса Хопкинса, направленную Майклом Бойлом, соавтором бумаги.
Команда также сделала целую систему доставки биоразлагаемой так, чтобы это не росло в теле.Чтобы проверить, обеспечивает ли система эффективный перенос генов в легкие животных, исследователи заполнили их геном, который делает производящие свет белки однажды поставленными в целевые клетки. Они продемонстрировали, что вдохнувшая доставка генов через проникающие через слизь наночастицы привела к широко распространенному производству белка к уровням, выше золотого стандарта, невирусных платформ, включая клинически проверенную систему. Кроме того, они показали, что рассматриваемые легкие осветили в течение максимум четырех месяцев после единственного дозирования.
«С одной дозой Вы можете получить экспрессию гена – т.е., производство терапевтических белков – в течение нескольких месяцев», говорит Сук, добавляя, что наночастицы, казалось, не показали отрицательных воздействий, таких как увеличенное воспаление легких.Suk и его команда предостерегают, что больше исследований на животных необходимо, чтобы подтвердить и усовершенствовать их исследование доказательства понятия, и что трактовка человеческих беспорядков с нанообернутыми методами лечения – годы далеко.