Naukowcy opracowali urządzenie, które może usprawnić dostarczanie terapii genowej do płuc osób z chorobami genetycznymi, takimi jak mukowiscydoza (CF).

W serii eksperymentów przedklinicznych zespół badawczy wykazał, że jego urządzenie może dostarczać do komórek ładunek terapeutyczny lepiej niż standardowy inhalator, unikając jednocześnie uszkodzenia cząsteczki nośnika terapii.

„To badanie pokazuje związek nowych urządzeń z nauką o recepturach, który może mieć ogromny wpływ na zdrowie ludzkie” – stwierdził dr Gaurav Sahay, profesor na Uniwersytecie Stanowym w Oregonie i główny autor badania w uniwersyteckim komunikacie prasowym.

Badania, „Platforma mikroprzepływowa umożliwia bezścinającą aerozolizację nanocząstek lipidów do inhalacji mRNA”, ukazało się w ACS Nano.

Terapie genowe dodają, usuwają lub edytują materiał genetyczny w celu zajęcia się podstawową przyczyną choroby. Podejście to jest interesujące w przypadku mukowiscydozy, gdzie mutacje w CFTR gen prowadzi do braku funkcjonalnego białka CFTR, co powoduje gromadzenie się gęstego i lepkiego śluzu w narządach, zwłaszcza w płucach, powodując objawy choroby.

Pomysł jest taki, że zdrowy CFTR Gen lub jego informacyjny RNA (mRNA) – rodzaj cząsteczki wzoru genetycznego utworzonej z DNA zawierającej instrukcje dotyczące wytwarzania funkcjonalnego białka – można dostarczyć pacjentom, dając organizmowi narzędzia genetyczne potrzebne do wytworzenia działającego białka.

rekomendowane lektury

MAP lepiej dostarcza ładunek genetyczny

Sahay i jego współpracownicy opracowują nanocząsteczki lipidowe jako nośnik terapii mRNA i skupiają się na zastosowaniach terapeutycznych w CF. Te maleńkie nośniki, składające się z cząsteczek tłuszczu, mają właściwości, które sprawiają, że ułatwiają przedostawanie się do komórek i unikanie degradacji, dlatego są interesujące ze względu na dostarczanie ładunków genetycznych.

Mamy nadzieję, że nanocząsteczki zawierające CFTR mRNA, czyli materiał genetyczny związany z innymi chorobami płuc, można wdychać bezpośrednio do płuc.

Leki wziewne są zwykle podawane za pomocą nebulizatora z wibrującą siatką, który przekształca płynny lek w przypominającą mgiełkę zawiesinę cząstek lub aerozol do inhalacji.

Podejście to może być jednak problematyczne w przypadku terapii mRNA. Siły stosowane w standardowych nebulizatorach do rozpraszania mgły generują naprężenia ścinające, które mogą uszkodzić nośniki nanocząstek i ograniczyć ich zdolność do przenoszenia ładunku genetycznego. Spowoduje to również, że cząsteczki będą się zlepiać, zamiast równomiernie się rozprzestrzeniać, gdy dotrą do płuc.

Aby pokonać te bariery, naukowcy nawiązali współpracę ze startupem Rare Air Health z siedzibą w Oregonie, aby przetestować metodę dostarczania zwaną platformą aerozolizacji mikroprzepływowej (MAP).

Urządzenie zawiera chipy mikroprzepływowe i generuje smugi, podczas których nanocząsteczki są uwalniane z kanałów w sposób rozproszony, bez użycia siły, która powoduje naprężenia ścinające w przypadku standardowych nebulizatorów.

Sahay porównuje to podejście do wkładu atramentowego do drukarki, który „generuje pióropusze umożliwiające drukowanie słów na papierze”.

Seria przedklinicznych eksperymentów na hodowlach komórkowych i modelach mysich „wykazała wyższość tego urządzenia w wytwarzaniu nanocząstek w aerozolu w porównaniu z klinicznie stosowanymi nebulizatorami z wibrującą siatką” – powiedział Sahay. „Dodatkową fajną rzeczą jest to, że tym urządzeniem można sterować cyfrowo, a Rare Air opracowuje prototypy do użytku przez ludzi”.

Podejście mikroprzepływowe pozwoliło uniknąć zlepiania się nanocząstek oraz zapobiegło uszkodzeniom nanocząstek i utracie kapsułkowania mRNA. Wiązało się to również z lepszym wychwytem ładunku mRNA w hodowlach komórkowych w porównaniu ze standardowym nebulizatorem. U myszy urządzenie doprowadziło do wychwytu mRNA w komórkach płuc bez oznak toksyczności.

„Ten MAP może stanowić postęp w terapii genowej płuc, umożliwiając precyzyjne i skuteczne dostarczanie nanocząstek w aerozolu” – napisali naukowcy.

Badanie zostało wsparte funduszami Rare Air Health oraz National Heart, Lung and Blood Institute.