Цивилизация
Группа российских исследователей выяснила, как от структуры компонентов липосомальных переносчиков ДНК и РНК зависит их способность доставлять в клетки генетический материал. Результаты исследования могут быть использованы для улучшения геннотерапевтических препаратов. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов, результаты опубликованы в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
Сегодня для лечения тяжелых заболеваний используют генную терапию – вводят гены, которые влияют на очаги болезни. Для доставки генов используют шарообразные частицы – катионные липосомы. Эти наночастицы состоят из нескольких слоев положительно заряженных липидов – производных жирных спиртов и аминокислот (составных частей белков). Прежде химики синтезировали соединения, из которых, как из конструктора, можно было собирать разные по свойствам липосомы. Но оказалось, что при изменении некоторых свойств частиц, их способность доставлять в клетки генетический материал сначала возрастает, а потом снижается. Необходимо было понять, как компоненты липосомы влияют на ее способность переносить ДНК и РНК, где и хранятся гены.
Исследователи получили комплексы ДНК, РНК и липосом на основе различных по строению липидов и изучили их свойства. Чтобы исследовать строение и размеры комплексов, использовали конфокальную микроскопию с применением красителей, позволяющих визуализировать различные компоненты клеток: оболочку, ядро и другие. Конфокальный микроскоп похож на обычный оптический световой микроскоп, но обладает большим пространственным разрешением и позволяет точнее фокусироваться внутри клетки. Кроме того, можно сделать несколько «срезов» внутриклеточного пространства или конгломерата клеток.
Ученые добавили красители в состав липосом и РНК, присоединяли комплексы липосома/РНК к клеткам и смотрели, как они будут себя вести. Эксперименты проводили и на 3D-модели из конгломерата клеток. Это позволило оценить поведение комплексов внутри объема ткани.
«Важность работы заключается в том, что мы смогли выявить, как структура соединения в составе липосом влияет на их способность переносить нуклеиновые кислоты. Мы установили, что существует предел насыщаемости структуры липида аминокислотными остатками, и их избыток приводит не к ожидаемому увеличению эффективности, а, наоборот, к снижению способности частиц переносить генетический материал в клетки. Это происходит за счет изменения поведения комплексов липосома/нуклеиновая кислота в клетке. Избыток аминокислот в молекуле делает липосомы более жесткими, и они теряют свою способность высвобождать переносимые ДНК или РНК внутри клетки», — поясняет Олеся Колоскова, ведущий автор исследования, кандидат биологических наук, и.о. научного сотрудника ФГБУ «ГНЦ Института иммунологии» ФМБА России.
Ученые установили, что РНК без носителя не попадает в клетки, а в комплексе с липосомами заполняет внутриклеточное пространство уже через полчаса. Кроме того, высокая скорость проникновения сохраняется и в 3D-модели. Использование красителя для лизосом (клеточных элементов, отвечающих за внутриклеточное переваривание молекул) позволило показать, что липосомы с избыточным количеством аминокислотных остатков остаются по большей части в лизосомах, не высвобождают свое содержимое в клетку, как делают обычно, поэтому РНК не может начать действовать в клетке и оказывать терапевтический эффект.
Полученные результаты показывают возможность создания эффективного носителя генетических конструкций и создания геннотерапевтических препаратов нового поколения.
