Генотерапия представляет собой инновационный подход к лечению широкого спектра заболеваний, включая рак, диабет и наследственные метаболические расстройства. Несмотря на многообещающие результаты, одной из основных проблем, ограничивающих ее практическое применение, является доставка генетического материала к целевым клеткам в организме. Дозировка генетического материала и его эффективное введение в клетки часто приводят к высоким затратам и рискам, связанным с иммунной системой.
Новое исследование ученых из Университета Висконсин-Мэдисон, опубликованное в PLOS ONE, демонстрирует многообещающее решение этой проблемы с помощью электрических импульсов, которые делают человеческие клетки более восприимчивыми к усвоению генетического материала. Это открытие может открыть новые возможности для более доступной и безопасной генотерапии.
Прямая доставка генетического материала к целевым клеткам предлагает несколько значительных преимуществ по сравнению с системными методами, при которых материал вводится в периферическую кровеносную систему. Одно из основных преимуществ заключается в том, что она снижает общую дозу генетического материала. При системной доставке большая часть генетического материала теряется во время прохождения через кровеносную систему и органы, что требует значительно больших доз. Это не только увеличивает затраты на производство материалов, но и повышает риск возникновения нежелательных реакций, таких как чрезмерная иммунная реакция или даже так называемая цитокиновая буря. Цитокиновая буря — это тяжелая иммунная реакция, при которой организм производит чрезмерное количество воспалительных молекул, что может привести к повреждению тканей.
С помощью прямой доставки уменьшается время, в течение которого генетический материал находится в кровотоке, тем самым минимизируя вероятность иммунного ответа и потери эффективности. Это значительно увеличивает безопасность и доступность терапии для большего числа пациентов.
Ученые Университета Висконсин-Мэдисон разработали технику, при которой электрические импульсы используются для улучшения усвоения генетического материала клетками. Хотя точный механизм, с помощью которого электрические импульсы увеличивают усвоение, не совсем ясен, исследования показывают, что импульсы создают маленькие (нано) поры в клеточной мембране. Это облегчает проникновение генетического материала в клетки.
Одна из используемых технологий включает вирусные векторы, такие как AAV8 (аденоассоциированные вирусы), которые являются эффективными носителями генетического материала. Несмотря на то, что размер этих векторов относительно велик, ученые считают, что создание пор в мембране может облегчить их проникновение. Однако это остается предметом будущих исследований.
Эффективная доставка генетического материала может сделать генотерапию более доступной и безопасной для миллионов людей. Многие наследственные метаболические заболевания, такие как диабет, гемофилия и муковисцидоз, поражают печень, которая играет центральную роль в метаболизме. Совершенствованные методы доставки генетического материала к печеночным клеткам могут исправить генетические мутации и предложить длительное лечение для этих заболеваний.
Разработка новых методов доставки генетического материала в целевые клетки может значительно снизить затраты на лечение. Применение таких техник, как электрические импульсы, может сделать эти терапии доступными для более широкого круга пациентов.
Следующая фаза исследований включает оптимизацию параметров электрических импульсов, таких как интенсивность, продолжительность и количество импульсов, чтобы максимизировать эффект на усвоение генетического материала без повреждения клеток. Кроме того, ученые планируют перейти от in vitro экспериментов на клеточных культурах к in vivo исследованиям в лабораторных условиях. Долгосрочные планы включают расширение применения техники для других типов клеток и органов, надеясь расширить возможности лечения различных заболеваний.