Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Генная терапия включает изменение генов внутри клеток организма для лечения или лечения заболеваний.
Требуется носитель, который «упаковывает» ДНК, чтобы доставить ее в клетку – часто вирус используется в качестве носителя. Упаковка нуклеиновых кислот также используется в вакцинах, таких как недавно разработанная мессенджер РНК (мРНК) вакцины COVID-19, которая заключена в липидную оболочку.
Исследовательскую группу возглавляют профессор химии Тереза Рейнеке и доцент Рене Фронтьера.
Лаборатория Райнеке синтезирует полимеры, представляющие собой длинноцепочечные молекулы, из которых состоит пластик, которые вместо этого используются для упаковки нуклеиновых кислот.
«Это все равно, что заказывать что-то на Amazon, и оно доставляется в коробке», – пояснил Райнеке. "Вещи ломаются, если они не доставляются посылкой. Это в основном то, что мы здесь делаем, но на наноуровне.
Мы берем эти действительно чувствительные грузы РНК и ДНК, которые восприимчивы к ферментативной деградации, которые не достигнут своей цели, если у вас нет чего-то для их защиты."
Исследователи разработали сополимер с использованием хинина, встречающегося в природе вещества, используемого в тонизирующей воде, и 2-гидроксиэтилакрилата (HEA), который делает материал растворимым и используется во множестве предметов личной гигиены и медицинских материалов.
Поскольку хинин является флуоресцентным, исследовательская группа смогла отследить пакет ДНК по всему телу и в клетках с помощью рамановской спектроскопии, метода химической визуализации.
«Мы открыли новый инструмент для упаковки этого натурального продукта, который важен для всех этих высокоразвитых и важных областей, таких как генная терапия и вакцины», – сказал Рейнеке, который также является заслуженным профессором Университета Макнайта. "И он работает в различных типах клеток. Вдобавок ко всему, он обладает всеми этими замечательными функциями – он флуоресцентный, мы можем отслеживать его, он активен в рамановском режиме, и это позволило нам понять многие основы этих упаковочных систем, которые было невозможно исследовать до того, как мы включили этот естественный продукт."
Доставка лекарств на основе полимеров значительно дешевле, чем использование вирусов, особенно для генной терапии, которая может стоить до 2 миллионов долларов за разовую инъекцию.
Однако основным барьером, препятствующим широкому использованию полимеров, было то, что ученые мало знали о том, как полимерная упаковка на самом деле взаимодействует с клетками в организме.
Это исследование помогает прояснить эту неопределенность. Лаборатория Frontiera специализируется на химической визуализации.
Используя рамановскую спектроскопию, они обнаружили, что собственные белки клетки играют ключевую роль в распаковке груза нуклеиновой кислоты, когда полимерный носитель входит в клетку.
«Очень приятно знать, как это происходит на самом деле, каков процесс доставки, и действительно видеть это в режиме реального времени», – сказал Frontiera. «Ключевым моментом является то, что эти полимеры также очень хорошо работают. Несмотря на все полезные свойства, они также невероятно эффективны при доставке полезной нагрузки в ячейки, и мы смогли сказать, почему, что не всегда происходит в этой области."