Ученые используют липидные наночастицы, чтобы точно нацелить редактирование генов на печень: метод доставки редактирования генов у мышей предполагает возможное однократное лечение высокого холестерина

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, проблема высокого холестерина поражает более 29 миллионов американцев. Состояние сложное и может возникать из-за нескольких генов, а также от выбора питания и образа жизни, поэтому его нелегко лечить. Однако исследователи Тафтс и Броуд модифицировали один ген, который мог бы обеспечить защитный эффект от повышенного холестерина, если бы его можно было отключить путем редактирования гена.

Ген, на котором сосредоточились исследователи, кодирует ангиопоэтин-подобный фермент 3 (Angptl3). Этот фермент подавляет активность других ферментов – липаз, которые помогают расщеплять холестерин. Если исследователи смогут выбить ген Angptl3, они смогут позволить липазам выполнять свою работу и снижать уровень холестерина в крови. Оказывается, у некоторых счастливчиков есть естественная мутация в гене Angptl3, приводящая к неизменно низким уровням триглицеридов и холестерина липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) в кровотоке, обычно называемого «плохим» холестерином, без каких-либо известных клинических недостатков.

«Если мы сможем воспроизвести это состояние, отключив ген angptl3 у других, у нас есть хорошие шансы получить безопасное и долгосрочное решение проблемы высокого холестерина», – сказал Цяобин Сюй, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Школе инженерии Тафтса. автор-корреспондент исследования. «Нам просто нужно убедиться, что мы доставили пакет для редактирования генов специально в печень, чтобы не создавать нежелательных побочных эффектов.»
Команда Сюй смогла сделать именно это с моделями мышей. После однократной инъекции липидных наночастиц, упакованных мРНК, кодирующей CRISPR-Cas9, и однонаправленной РНК, нацеленной на Angptl3, они наблюдали глубокое снижение холестерина ЛПНП на целых 57% и уровней триглицеридов примерно на 29%, оба из которых оставались неизменными. на этих пониженных уровнях не менее 100 дней.

Исследователи предполагают, что эффект может длиться намного дольше, возможно, ограниченный только медленным обменом клеток в печени, который может происходить в течение примерно года. По словам исследователей, снижение уровня холестерина и триглицеридов зависит от дозы, поэтому их уровень можно регулировать, вводя меньше или больше LNP за один прием.
Для сравнения: существующая, одобренная FDA версия LNP, нагруженных мРНК CRISPR, может снизить уровень холестерина ЛПНП не более чем на 15%.7% и триглицериды на 16.3% при тестировании на мышах, по словам исследователей.
Уловка для создания лучшего LNP заключалась в настройке компонентов – молекул, которые собираются вместе, чтобы сформировать пузыри вокруг мРНК.

LNP состоят из липидов с длинной цепью, которые имеют заряженную или полярную головку, которая притягивается к воде, хвост углеродной цепи, который указывает на середину пузырька, содержащего полезную нагрузку, и химического линкера между ними. Также присутствует полиэтиленгликоль и даже немного холестерина, который играет нормальную роль в липидных мембранах, делая их менее протекающими, чтобы лучше удерживать их содержимое.

Исследователи обнаружили, что природа и относительное соотношение этих компонентов, по-видимому, оказывают сильное влияние на доставку мРНК в печень, поэтому они протестировали LNP с множеством комбинаций голов, хвостов, линкеров и соотношений между всеми компонентами на предмет их способности воздействовать на печень. клетки. Поскольку эффективность состава LNP in vitro редко отражает его эффективность in vivo, они напрямую оценивали специфичность и эффективность доставки у мышей, в клетках которых есть репортерный ген, который светится красным при редактировании генома. В конце концов, они обнаружили LNP, наполненный мРНК CRISPR, который освещал только печень у мышей, показывая, что он может специфически и эффективно доставлять инструменты редактирования генов в печень для выполнения их работы.

LNP были созданы на основе более ранней работы в Tufts, где Сюй и его команда разработали LNP с эффективностью до 90% в доставке мРНК в клетки. Уникальной особенностью этих наночастиц было наличие дисульфидных связей между длинными липидными цепями. Вне ячеек LNP образуют стабильную сферическую структуру, которая фиксирует их содержимое. Когда они находятся внутри клетки, окружающая среда внутри разрывает дисульфидные связи, чтобы разобрать наночастицы.

Затем содержимое быстро и эффективно попадает в камеру. Предотвращая потерю за пределами ячейки, LNP могут иметь гораздо более высокую производительность при доставке своего содержимого.

«CRISPR – один из мощнейших терапевтических инструментов для лечения заболеваний генетической этиологии. Недавно мы стали свидетелями первого клинического исследования CRISPR-терапии с использованием LNP-терапии, которая может применяться системно для редактирования генов внутри человеческого тела. «Наша платформа LNP, разработанная здесь, имеет большой потенциал для клинического перевода», – сказал Мин Цю, научный сотрудник лаборатории Сюй в Тафтсе. «Мы предполагаем, что с этой платформой LNP мы сможем сделать CRISPR практичным и безопасным подходом для лечения широкого спектра заболеваний или расстройств печени», – сказал Закари Гласс, аспирант лаборатории Сюй.

Цю и Гласс – соавторы исследования.