Безопасная доставка ДНК в клетки: в Японии создан «молекулярный курьер»

Учёные из Токийского университета (Tokyo Metropolitan University) разработали новую молекулу для доставки ДНК в биологические клетки. Технология позволяет переносить генетическую информацию без использования сильно заряжённых соединений, которые часто вызывают воспаление. В экспериментах на мышах метод показал высокую эффективность и перспективы для терапии и вакцинации.

За последние десятилетия в медицине появились методы лечения, основанные на введении в клетки ДНК и РНК. Такая информация может либо встраиваться в гены при генной терапии, либо временно использоваться клеточными механизмами для синтеза лечебных белков и других молекул.

Одна из главных трудностей заключается в том, чтобы доставить генетический материал внутрь клетки в целости. После введения в организм молекулы ДНК и РНК сталкиваются с клеточной мембраной, которая служит физическим барьером, и могут разрушаться ещё до попадания в цель.

Поэтому в подобных технологиях применяются специальные «носители». Вместо введения «голой» ДНК её включают в комплексы, которые легче проникают внутрь клеток. Для плазмидной ДНК — коротких фрагментов, кодирующих несколько генов, — часто используют положительно заряженные полимеры, притягивающиеся к отрицательно заряженной ДНК.

Однако такие соединения имеют серьёзные недостатки. Положительный заряд может вызывать воспаление в месте инъекции, а также приводить к образованию крупных агрегатов с другими отрицательно заряжёнными молекулами, например с компонентами мышечной ткани при внутримышечном введении.

Команда под руководством профессора Сёитиро Асаямы (Shoichiro Asayama) синтезировала нейтральный полимер на основе полиэтиленгликоля, широко используемого в медицине как биологически инертное вещество. К его концу была присоединена азотистая база тимин — один из четырёх «строительных блоков» ДНК. Для связывания с ДНК учёные применили процесс отжига: при лёгком нагреве двойная спираль частично расплетается, и тимин может временно соединиться с ней с помощью водородных связей.

Подбирая соотношение между количеством молекул тимин-полиэтиленгликоля и ДНК, авторы оптимизировали состав комплекса. В экспериментах на мышах он увеличивал проникновение ДНК в клетки до 14 раз по сравнению с введением неупакованной ДНК.

Созданный учёными «однонуклеотидный терминальный комплекс» (single nucleobase-terminal complex, SNTC) не имеет электрического заряда и не провоцирует выраженной иммунной реакции. По мнению авторов, эта технология может расширить возможности генной терапии, ДНК-вакцин и других методов лечения, основанных на доставке генетической информации, сделав их более безопасными и эффективными.

 Источник: ACS Applied Bio Materials