Клетки опухоли головного мозга, пронизанные крошечными разлагаемыми частицами, несущими генетические инструкции

Команда говорит, что результаты их эксперимента по доказательству принципа принципа предполагают, что такие частицы, наполненные «генами смерти», могут однажды быть переданы пациентам с раком мозга во время нейрохирургии, чтобы выборочно убить любые оставшиеся опухолевые клетки, не повреждая нормальную ткань мозга.
Резюме результатов исследования появилось в сети 26 апреля в журнале ACS Nano.
«В наших экспериментах наши наночастицы успешно доставили тестовый ген в раковые клетки мозга мышей, где он был затем включен», — говорит Джордан Грин, доктор философии.D., доцент кафедры биомедицинской инженерии и нейрохирургии медицинского факультета Университета Джона Хопкинса. "Теперь у нас есть доказательства того, что эти крошечные троянские кони также смогут нести гены, которые выборочно вызывают смерть раковых клеток, оставляя при этом здоровые клетки здоровыми."

Грин и его коллеги сосредоточились на глиобластомах, наиболее смертельной и агрессивной форме рака мозга. При стандартных хирургических вмешательствах, химиотерапии и лучевой терапии среднее время выживания составляет всего 14 лет.6 месяцев, и улучшение наступит только благодаря способности убивать опухолевые клетки, устойчивые к стандартным методам лечения, по словам Альфредо Хинонес-Инохоса, М.D., профессор нейрохирургии медицинского факультета Университета Джона Хопкинса и член исследовательской группы.

Поскольку природа защищает мозг, затрудняя доступ к его клеткам через кровь, усилия были направлены на использование частиц, которые могли бы нести инструкции ДНК, разрушающие опухоль, непосредственно к раковым клеткам во время операции.

В первоначальных экспериментах использовались раковые клетки, которые Хинонес-Инохоса и его команда удалили у желающих пациентов и выращивали в лаборатории, пока они не образовали маленькие сферы клеток, называемые онкосферами, которые, вероятно, будут наиболее устойчивыми к химиотерапии и радиации и способны создавать новые опухоли.
Затем Хинонес-Инохоса работал с Грином, чтобы найти носитель для генов, вызывающих смерть в онкосферах. Лаборатория Грина специализируется на производстве крошечных круглых частиц из биоразлагаемого пластика, свойства которого можно оптимизировать для выполнения различных медицинских задач.

Изменяя атомы в пластике, команда может создавать частицы разного размера, стабильности и сродства к воде или маслу. Для этого исследования команда Грина создала десятки различных типов частиц и проверила их способность переносить и доставлять тестовую последовательность ДНК — в частности, ген красного или зеленого светящегося белка — в онкосферы.
Оценивая выживаемость клеток, которые поглощают частицы, и измеряя уровни красного или зеленого света, которые они излучают, исследователи определили, какой состав частиц работал лучше всего, а затем протестировали этот состав на мышах с раком мозга человека, полученным от их пациентов.
Они вводили частицы непосредственно мышам с экспериментальным раком мозга человека, а также в мозг здоровых мышей для использования в качестве сравнения.

Удивительно, но здоровые клетки редко производили светящиеся белки, хотя частицы, несущие ДНК, попадали в опухолевые и неопухолевые клетки в одинаковом количестве. «Это именно то, что хотелось бы увидеть — специфичность рака, но мы все еще исследуем механизм, который позволяет этому происходить», — говорит Грин. "Мы надеемся, что наши продолжающиеся эксперименты прольют свет на это, чтобы мы могли применить полученные знания к другим сценариям."
«Удивительно, что мы нашли способ избирательной доставки генов в раковые клетки», — говорит Хинонес-Инохоса. "Это метод, который намного более осуществим и безопасен для пациентов, чем традиционная генная терапия, при которой для лечения используются модифицированные вирусы."
Он добавляет, что частицы можно лиофилизировать и хранить не менее двух лет без потери их эффективности. «Наночастицы, которые остаются стабильными в течение столь долгого времени, позволяют нам создавать рецептуры заблаговременно и большими партиями», — говорит Стефани Ценг, Ph.D., член команды Грина. "Это упрощает их последовательное использование в экспериментах и ​​операциях; мы добавляем воду к частицам, и они готовы к работе."

В соответствующем исследовании, опубликованном в Интернете 27 марта в том же журнале, группа Грина также показала, что другой состав частиц может эффективно переносить и доставлять так называемые миРНК в клетки рака мозга. миРНК — это очень маленькие молекулы, которые несут генетическую информацию в клетки, но в отличие от ДНК, которая может включать гены, миРНК мешает производству определенных белков и может выключить гены рака.
Грин объясняет, что миРНК должны быть инкапсулированы в частицы, которые отличаются от тех, которые используются для переноса ДНК, потому что миРНК примерно в 250 раз меньше, чем молекулы ДНК, обычно используемые для генной терапии. «siRNAs также намного жестче, чем ДНК, и им не нужно проникать в ядро ​​клетки, потому что они выполняют свою работу вне его, в цитоплазме», — говорит он.

Первоначальная библиотека из 15 составов биоразлагаемых частиц была протестирована на их способность переносить миРНК в клетки глиобластомы человека, которые были генетически сконструированы для производства зеленого флуоресцентного белка (GFP). Добавленные к частицам миРНК содержали код GFP, поэтому успешно нацеленные клетки перестали светиться зеленым.
Изменяя химические свойства частиц, команда смогла найти состав, который уменьшил свечение GFP в раковых клетках мозга человека на 91 процент.

Чтобы проверить способность частиц доставлять вызывающие смерть миРНК, команда загрузила частицы смесью кодов миРНК, предназначенных для предотвращения образования важных белков. Затем они добавили эти частицы к раковым клеткам мозга и незлокачественным клеткам мозга, растущим в лаборатории.
Как и в их исследовании на мышах, миРНК была более эффективна — в данном случае вызывая гибель клеток — в раковых клетках мозга (эффективность до 97 процентов), чем в незлокачественных клетках (от 0 до 27 процентов, в зависимости от наночастиц). тип).
Грин подчеркивает, что для безопасных для пациентов генетических методов лечения на основе наночастиц, конкретные siRNA или ДНК, доставляемые в ходе клинического лечения, должны быть тщательно выбраны, так что даже если бы была доставка не по назначению в здоровые клетки, это было бы только пагубно. к раковым клеткам.

Грин воодушевлен результатами. «Объединив то, что мы узнали в этих двух исследованиях, мы могли бы даже разработать частицы, которые могут доставлять ДНК и миРНК одновременно», — говорит он. "Это позволило бы нам точно настроить генетический код самоуничтожения, который доставляют наши частицы, чтобы раковые клетки умирали, а здоровые клетки не."
"Доктор. Грин и его коллеги предприняли важные шаги в разработке полимерных наночастиц для доставки ДНК и миРНК с многообещающей специфичностью для опухолевых клеток и повышенной стабильностью », — сказала Джессика Такер, доктор философии.D., программный директор по системам и устройствам доставки лекарств и генов в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии, который частично финансировал эти исследования. «Хотя многие проблемы все еще остаются, такая работа потенциально может изменить результаты лечения пациентов с глиобластомой и родственными опухолями головного мозга, для которых современные методы лечения дают ограниченные преимущества."

Портал обо всем