Фото: Сеченовский университет
Разработка исследователей Сеченовского Университета препарата от гепатита B вышла на финишную прямую. Впервые ученые создали эффективный метод доставки CRISPR/Cas — так называемых «генетических ножниц» — в пораженную клетку. Это удалось осуществить с помощью биологических наночастиц. Аналогов этому в мире пока нет.
Известно, что технология CRISPR/Cas9 или молекулярные ножницы позволяет редактировать определенный фрагмент ДНК и исправлять генетические мутации. За нее в 2020 году была вручена Нобелевская премия по химии. Однако это открытие до сих пор не нашло знакового практического применения так как не было эффективных методов доставки CRISPR/Cas в клетку. Это стало ключевой преградой на пути разработки новых методов терапии.
Этот барьер удалось преодолеть ученым Сеченовского Университета. Они создали новые молекулярные инструменты, которые позволяют доставлять CRISPR/Cas к месту назначения в составе наночастиц. По словам завлабораторией генетических технологий ИМПиТМ им. Е.И. Марциновского Сеченовского Университета Дмитрия Костюшева, данный метод универсален и его можно применять не только при гепатите В, но и для лечения других инфекционных, наследственных заболеваний и рака.
Работа ведется в лаборатории генетических технологий ИМПиТМ им. Е.И. Марциновского Сеченовского Университета. Ученые сконцентрировались на новых типах биологических наночастиц. Их можно получать из клеток человека. Главным критерием работы именно с этими наночастицами было два фактора — это их высочайшая биосовместимость и безопасность. Выяснилось, что они имеют идеальные свойства для системной доставки — размер примерно 100 нанометров и отрицательный заряд. Также важной характеристикой наночастиц стала возможность программировать их свойства.
Сначала ученые провели характеризацию наночастиц с помощью физико-химических методов. Затем разработали технологии для регулируемой упаковки Cas-белков в наночастицы. Но для упаковки второй части системы — РНК-проводника (CRISPR) — были необходимы дополнительные исследования.
Тогда они разработали новый, уникальный подход, который основан на небольших модификациях обоих компонентов. Это позволило провести и упаковку Cas-белка, и соупаковку РНК-проводника. В итоге были созданы четыре генетических технологии для загрузки системы CRISPR/Cas в три вида биологических наночастиц.
Оказалось, что в этом случае наночастицы доставляют CRISPR/Cas до целевой мишени и обеспечивают ее разрезание. Кроме того, они продемонстрировали выраженную противовирусную активность. При использовании наночастиц в течение пяти суток репликация (размножение) вируса гепатита B снижалась на 90-99%.
Кроме того, исследователи создали технологии доставки CRISPR/Cas в целевые органы. Их эффективность была доказана in vitro и in vivo. При испытаниях на клеточных культурах доставка наночастиц в целевые клетки выросла в 10 раз. При доставке в печень, мозг и опухоли на моделях животных более 80% наночастиц накапливались в целевых органах.
Ученые говорят, что теперь, по сути, можно взять любую CRISPR/Cas систему, упаковать и заставить работать на благо человека: исправлять мутации или разрушать вирусы.
«Самое главное достоинство CRISPR/Cas-системы в том, что это не инструмент, а платформа: этим молекулярным ножницам можно присоединять дополнительные функциональные элементы. Можно адаптировать эту систему под решение конкретных практических задач и для лечения множества заболеваний», — подчеркнул Дмитрий Костюшев.
Лаборатория генетических технологий ИМПиТМ им. Е.И. Марциновского Сеченовского Университета создана в рамках Национального проекта «Наука и университеты» и государственной программы «Приоритет 2030». Исследование выполнено при поддержке гранта Российского Научного Фонда (20-15-00373).
