Ученые создают нанопакеты генетического кода, нацеленные на опухолевые клетки мозга

Ученые создают нанопакеты генетического кода

В исследовании ученые из Медицинского Университета Джона Хопкинса говорят, что они успешно опробовали наноразмерные пакеты генетического кода, называемые микро-РНК, для лечения опухолей головного мозга, которые были имплантированны мышам. Содержимое сверхмалых контейнеров предназначалось для борьбы с раковыми стволовыми клетками, своего рода клеточным «семенем», которое производит бесчисленное потомство и является препятствием для избавления мозга от злокачественных клеток.

Результаты экспериментов были опубликованы в 21 июня в Nano Letters. “Рак головного мозга является одним из наиболее широко изученных видов рака с точки зрения его генетического состава, но мы еще не разработали для него хорошее лечение”, – говорит Джон Лунтра, доктор медицинских наук, профессор неврологии и онкологии Университета Джона Хопкинса и научный сотрудник Института Кеннеди Кригера. “Устойчивость раковых стволовых клеток и гематоэнцефалический барьер являются основными препятствиями”.

Кровь, которая поступает в мозг, фильтруется через ряд сосудов, которые действуют как защитный барьер. Но этот гематоэнцефалический барьер блокирует молекулярные лекарства, которые могут сделать прорыв в терапии рака мозга, воздействуя на раковые стволовые клетки, говорит Латерра.

“Для создания новых подходов в лечении опухолей головного мозга нам нужны инструменты и методы, которые обходят гематоэнцефалический барьер”, говорит Джордан Грин, профессор биомедицинской инженерии, офтальмологии, онкологии, нейрохирургии, а также химической и биомолекулярной инженерии в Университете Джона Хопкинса. Нам нужны технологии для безопасной и эффективной доставки генетических лекарств непосредственно к опухолям не повреждая здоровые ткани”.

Врачи удаляют ткани опухоли мозга, которые смогут обнаружить, но злокачественное образование часто быстро возвращается, говорит Латерра. Большинство пациентов с глиобластомой живут менее двух лет после постановки диагноза.

Ученые давно подозревают, что раковые стволовые клетки лежат в основе того, что приводит к возвращению и распространению глиобластомы и других видов рака. Эти стволовые клетки дают начало другим раковым клеткам и если они хирургически не удалены, то могут привести к возникновению новой опухоли.

Латерра и Грин, которые являются членами онкологического центра Киммела Университета Джона Хопкинса, разработали способ эффективной доставки сверхмалых пакетов микро-РНК в установленные опухоли мозга. Микро-РНК нацелены на стволовые клетки рака мозга, чтобы остановить их способность распространяться и поддерживать рост опухоли.

Пакеты изготовлены из биоразлагаемого пластика, аналогичного материалу, используемому для хирургических швов. Они в 1000 раз меньше ширины человеческого волоса и типичны для размера и формы натуральных компонентов, которые клетки используют для общения. Пакеты, поглощаемые раковыми клетками распадаются и высвобождают свою “полезную нагрузку” микро-РНК именно там где нужно воздействовать на раковые клетки. В нанопакете заключены микро-РНК, которые специфически связываются с РНК-мессенджерами, связанными с двумя генами: HMGA1 и DNMT, которые функционируют вместе, чтобы регулировать программы экспрессии генов в клетках.

При связывании с РНК-мессенджерами они блокируют выработку белка и выключают “программы управления” стволовых клеток. Без них раковые клетки более дифференцированы, они теряют способность к распространению опухолей и становятся более восприимчивы к радиации и лекарствам.

Для своих экспериментов ученые внедрили человеческие клетки глиобластомы в 18 мышей. Чтобы имитировать клиническую проблему лечения существующей опухоли, ученые ждали 45 дней, прежде чем лечить животных, чтобы убедиться, что у них хорошо сформированы опухоли. Половина животных, получала нанопакеты, содержащие активные микро-РНК, а другая половина неактивные микро-РНК. Чтобы изолировать эффект наночастиц, ученые использовали мышей, выведенных без Т-лимфоцитов.

Пять из девяти мышей из контрольной группы, получавших неактивные микро-РНК умерли в течение двух месяцев, а остальные – в течение 90 дней. Три из девяти мышей, получавших активные микро-РНК, прожили до 80 дней, а шесть до 133 дней. Эти шесть мышей были усыплены, после чего их мозг был обследован на наличие опухолей.

У всех мышей из контрольной группы были большие опухоли в мозгу, когда они умирали. У четырех мышей, получивших активные микро-РНК и доживших до 133 суток, опухолей не было, а у двух были небольшие.

 

Наночастицы, высвобождающие микро-РНК (голубой цвет) внутри раковой клетки. Yuan Rui, Johns Hopkins

Многие препараты предназначены для одного гена. Наночастицы, используемые в этом исследовании могут инкапсулировать несколько типов микро-РНК для нацеливания на несколько генных сетей. Когда стволовые клетки рака мозга усваивают наночастицы, они теряют свойства стволовых клеток. После чего клиницисты могут использовать это состояние для использования радио- и медикаментозной терапии, чтобы уничтожить ставшие уязвимыми клетки.

Наночастицы в их исследовании способны проникать во всю опухоль, поскольку мозг грызунов мал. Людям, у которых мозг гораздо больше, может понадобиться насос и катетер, чтобы распределить наночастицы по всему мозгу.

Источник: phys.org

Фото: Medical Xpress