Исследователи разработали наночастицу, которая может программировать стволовые клетки внутри организма, устраняя необходимость в химиотерапии и извлечении костного мозга при лечении стволовыми клетками.
Джеймс Далман и его исследовательская группа создали технику, которая может привести к новым, менее инвазивным методам лечения заболеваний крови и генетических заболеваний. Этот метод избегает дискомфорта и рисков, связанных с текущими методами лечения, упрощая процесс для пациентов.
«Это будет альтернативой инвазивным терапиям с использованием гемопоэтических стволовых клеток — мы могли бы просто ввести вам капельницу», — говорит Далман, профессор в отделе биомедицинского инженерного дела Уоллеса Х. Култера в Georgia Tech. «Это упрощает процесс и снижает риски для пациентов. Вот почему эта работа важна.»
Далман и команда из Georgia Tech, Университета Эмори и Университета Калифорнии в Дэвисе опубликовали свои результаты в журнале Nature Biotechnology.
Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) — это родительские клетки, расположенные в костном мозге, которые производят все типы клеток, необходимые для функционирования крови и иммунной системы. ГСК играют ключевую роль в лечении генетических заболеваний крови, таких как серповидноклеточная анемия, иммунные недостатки и некоторые виды рака.
Традиционные методы лечения ГСК включают извлечение клеток из костного мозга пациента и их модификацию в лаборатории, в то время как пациент проходит химиотерапию для подготовки своего организма к получению модифицированных ГСК.
«Эти методы лечения эффективны, но также тяжело переносятся пациентами», — объясняет Далман. «Пациенты проходят химиотерапию, чтобы уничтожить свои иммунные системы, чтобы организм принял терапевтические клетки без сопротивления. Процедура может быть угрожающей жизни. Мы надеемся изменить это.»
ГСК также могут быть модифицированы непосредственно в организме. Процедура использует липидные наночастицы (LNP) для доставки генетических инструкций к стволовым клеткам. LNP имеют целевые лиганды, которые находят специфические целевые клетки. Точная инженерия добавляет слои времени, сложности и затрат к процессу. Они, как и извлечение из костного мозга и химиотерапия, являются еще одним посредником.
Исследователи искали что-то более простое. Они нашли это в специфической наночастице, названной LNP67. «В отличие от других конструкций наночастиц, эта не требует целевого лиганда», — говорит Далман. «Она химически проста, что означает, что ее легче производить и открывает путь к масштабированию производства, как вакцины на основе мРНК.»
Ключ к успеху LNP67 заключается в ее способности избегать печени, основного фильтра крови в организме. «Печень поглощает почти все», — говорит Далман. «Но, сократив то, что она захватывает всего на 10%, мы можем удвоить доставку в другие ткани, где необходимы наночастицы и их грузы.»
Исследователи разработали 128 уникальных наночастиц, сократив список до 105 LNP, которые не имели целевых лигандов. Эти наночастицы в конечном итоге были протестированы и оценены на предмет их эффективности и безопасности в доставке генетических инструкций (в форме мРНК).
LNP67 оказалась лучшим исполнителем благодаря своему скрытному дизайну. Например, ее поверхность разработана так, чтобы отталкивать белки и другие молекулы, которые могли бы пометить LNP для захвата печенью. Эта особенность помогла частицам более равномерно циркулировать в организме и достигать ГСК.
«Мы достигли доставки в низкой дозе без целевого лиганда, что очень интересно», — говорит Далман. «Это то, к чему мы стремились на протяжении многих лет, и я очень рад, что мы этого добились.»