Потрясающее открытие может помочь врачам проводить более эффективную генную терапию

Стремясь улучшить оказание дорогостоящих медицинских услуг, группа исследователей в области электротехники из Университета Висконсин-Мэдисон разработала метод стимуляции, который может сделать человеческое тело более восприимчивым к определенным видам генной терапии.

Исследователи подвергли клетки печени коротким электрическим импульсам — и эти легкие удары заставили клетки печени принять более чем в 40 раз больше материала для генной терапии по сравнению с клетками, которые не подвергались воздействию импульсных электрических полей. Этот метод может помочь снизить дозировку, необходимую для этих методов лечения, что сделает их намного безопаснее и доступнее. Исследование опубликовано в журнале ПЛОС ОДИН.

Генная терапия является многообещающей медицинской технологией: заменяя, изменяя или вводя новый генетический материал в клетки пациента, врачи могут вылечить или компенсировать генетические заболевания, включая муковисцидоз, серповидноклеточную анемию, гемофилию и диабет.

Однако одним из узких мест в генной терапии является доставка нужной дозы генетического материала в клетки-мишени. Исследование Университета Висконсина в Мэдисоне предполагает, что применение умеренного электрического поля, не оставляющего длительного повреждения клеткам, получившим его, может помочь в создании более эффективных методов лечения.

Проект начался почти десять лет назад Хансом Соллингером, хирургом-трансплантологом из Университета Вашингтона в Мэдисоне. Он разработал метод генной терапии диабета 1 типа — аутоиммунного заболевания, поражающего поджелудочную железу — орган, вырабатывающий инсулин.

Стратегия лечения Соллинджера доставила генетический код для производства инсулина в клетки печени с использованием адреноассоциированного вируса, который помогает транспортировать терапевтические гены через клеточную мембрану. Эта ДНК может затем поселиться в клетках печени, производя инсулин, не подвергаясь атаке со стороны иммунной системы поджелудочной железы.

Хотя у Соллинджера было доказательство того, что терапия работает, он считал, что будущее лечения зависит от его доставки. Он обратился к Сьюзан Хагнесс и Джону Буске, профессорам электротехники и компьютерной инженерии Университета Вашингтона в Мэдисоне, у которых есть опыт лечения человеческих клеток электрическими импульсами.

«Мы начали говорить о местной, целевой доставке и о том, существует ли способ доставить лечебную ДНК непосредственно в печень, не проходя ее через весь организм и не вызывая срабатывания иммунной системы», — говорит Хагнесс. «И можем ли мы использовать электрические импульсы, чтобы сделать этот процесс доставки более эффективным и значительно снизить необходимую дозу».

Ранее исследователи обнаружили, что воздействие на клетки электрических полей часто может увеличить способность молекул перемещаться через клеточную мембрану внутрь клетки. Итак, в этом последнем исследовании к.т.н. Студент Ичжоу Яо стремился определить, увеличит ли этот метод проникновение вирусных частиц в клетки печени.

Используя клетки гепатомы человека, модельную систему для изучения печени, Яо подверг партии клеток воздействию различных концентраций вирусных частиц генной терапии, содержащих флуоресцентный зеленый белок. Она использовала пару электродов для подачи 80-миллисекундного электрического импульса на некоторые образцы, а затем инкубировала все клетки в течение 12 часов.

Изучив результаты через 48 часов под флуоресцентным микроскопом, Яо обнаружила, что лишь небольшой процент клеток, не получивших электрических импульсов, светился зеленым светом. Напротив, те клетки, которые получили заряд, накопили примерно в 40 раз больше флуоресцентных зеленых белков, доставленных вирусом.

Хотя результаты предоставили убедительные доказательства того, что импульсы помогли облегчить проникновение вируса в клеточные стенки, Боске говорит, что команде еще предстоит выяснить, как именно этот процесс работает на молекулярном уровне.

«Об электрических импульсах известно достаточно, и я думаю, мы можем с уверенностью заявить, что они открывают нанопоры через клеточную мембрану», — говорит он. «Но затем Яо получил этот замечательный результат, и нас осенило, что вирусные частицы, как правило, больше и сложнее, чем простые молекулярные частицы, и у них уже есть свой собственный способ проникновения внутрь клеток. открытие пор имеет к этому какое-либо отношение прямо или косвенно».

Соллинджер скончался в мае 2023 года, но команда утверждает, что его наследие будет жить благодаря продолжающимся исследованиям этого проекта и работе других групп. Исследователи-электротехники предпринимают следующие шаги и оптимистичны в отношении того, что в конечном итоге эта технология будет переведена в клинические испытания.

Яо, которая закончит обучение в 2024 году, говорит, что знала, что исследование будет трансдисциплинарным, но не осознавала, насколько далеко оно зайдет.

«По образованию я инженер-электрик, и у меня нет биологического образования», — говорит она. «До этого последний раз я пользовался микроскопом в старшей школе. Это был довольно крутой путь обучения: учиться культивировать клетки и выполнять биологические протоколы. Но мне очень понравился этот проект, и мне понравилась его конечная цель — сделать мир стал лучше».

Среди других авторов — Роберт В. Холдкрафт из Медицинского центра детской больницы Цинциннати.