Инструмент, разработанный исследователями Центра исследования рака Фреда Хатчинсона и протестированный на доклинических моделях, описан в статье, опубликованной 30 августа в журнале Nature Communications.
«Наша цель – оптимизировать производство клеточной терапии», – сказал ведущий автор исследования д-р. Матиас Стефан, преподаватель отдела клинических исследований Фреда Хатча и эксперт в области разработки биоматериалов. «В этом исследовании мы создали продукт, в который вы просто добавляете его в культивируемые клетки, и все – никаких дополнительных этапов производства."
Стефан и его коллеги разработали систему доставки наночастиц, чтобы расширить терапевтический потенциал информационной РНК, которая доставляет молекулярные инструкции от ДНК к клеткам тела, направляя их на создание белков для предотвращения или борьбы с болезнями.
Подход исследователей был разработан таким образом, чтобы сосредоточить внимание на определенных типах клеток – Т-клетках иммунной системы и стволовых клетках крови – и доставить мРНК непосредственно в клетки, вызывая кратковременную экспрессию генов.
Это называется генетическим программированием методом «наезда и беги», потому что временный эффект мРНК не изменяет ДНК, но этого достаточно, чтобы оказать постоянное влияние на терапевтический потенциал клеток.
Стефан и его коллеги использовали три примера в документе Nature Communications, чтобы продемонстрировать свою технологию:
Наночастицы несли инструмент для редактирования генов Т-клеткам иммунной системы, которые отрезали их естественные Т-клеточные рецепторы, а затем были соединены с генами, кодирующими «химерный антигенный рецептор» или CAR, синтетическую молекулу, предназначенную для борьбы с раком.
Нацеленные на стволовые клетки крови, наночастицы были оснащены мРНК, которая позволяла стволовым клеткам размножаться и заменять раковые клетки крови здоровыми при использовании в трансплантатах костного мозга.
Наночастицы, нацеленные на CAR-T-клетки и содержащие мРНК foxo1, которая сигнализирует противораковым Т-клеткам о превращении в более агрессивные клетки «памяти», которые более эффективно разрушают опухолевые клетки и дольше сохраняют противоопухолевую активность.
Другие попытки сконструировать мРНК в клетки, борющиеся с болезнями, были непростыми.
Большая молекула-посредник быстро разлагается, прежде чем она сможет оказать влияние, и иммунная система организма распознает ее как чужеродную – не исходящую от ДНК в ядре клетки – и разрушает ее.
Стефан и его сотрудники из Фреда Хатча разработали обходной путь к этим препятствиям.
«Мы разработали наноноситель, который связывает и конденсирует синтетическую мРНК и защищает ее от деградации», – сказал Стефан. Исследователи окружили наночастицу отрицательно заряженной оболочкой с нацеливающим лигандом, прикрепленным к поверхности, так что частица выборочно размещается и связывается с определенным типом клеток.
Клетки поглощают крошечный носитель, который может быть загружен различными типами созданной человеком мРНК. «Если вы знаете из научной литературы, что сигнальный путь работает в синергии, вы можете совместно доставлять мРНК в одной наночастице», – сказал Стефан. "Каждая клетка, которая принимает наночастицу, может выражать оба."
Подход включает смешивание лиофилизированных наночастиц с водой и образцом клеток.
В течение четырех часов в ячейках появляются признаки того, что редактирование вступило в силу. При необходимости можно дать бустеры. Изготовленные из растворяющегося биоматериала, наночастицы удаляются из организма, как и другие клеточные отходы.
«Просто добавьте воды к нашему лиофилизированному продукту», – сказал Стефан. Поскольку он основан на существующих технологиях и не требует знаний в области нанотехнологий, он намеревается сделать его готовым для инженеров клеточной терапии способом разработки новых подходов к лечению различных заболеваний.
Такой подход может заменить трудоемкую электропорацию, многоступенчатую технологию производства клеток, требующую специализированного оборудования и чистых помещений.
Все операции заканчиваются разрушением многих клеток, что ограничивает количество, которое можно использовать для лечения пациентов.
Более бережная по отношению к клеткам система наночастиц, разработанная командой Фреда Хатча, показала, что в этом процессе выживает до 60 раз больше клеток по сравнению с электропорацией.
Это критически важная функция для обеспечения жизнеспособности достаточного количества клеток при передаче пациентам.
«Вы можете представить себе, как наночастицы вводят пациенту, и тогда вам больше не нужно культивировать клетки», – сказал он.
Стефан протестировал технологию культивирования клеток в лаборатории, и она еще не доступна в качестве лечения.
Стефан ищет коммерческих партнеров, чтобы продвигать технологию к дополнительным приложениям и клиническим испытаниям, где она может быть использована в качестве терапии.