W eksperymentach na szczurach i myszach dwóch naukowców z Johns Hopkins - inżyniera i okulisty - wykazano udane zastosowanie nanocząstek w celu dostarczenia terapii genowej w przypadku oślepiającej choroby oczu. Wyjątkowo zaprojektowana duża cząsteczka pozwala badaczom zagęścić duże wiązki terapeutycznego DNA, które mają zostać dostarczone do komórek oka.

Badania, opisane w Science Advances, dostarczają dowodów na potencjalną wartość terapii genowej dostarczanej przez nanocząstki w leczeniu zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem - choroby oka charakteryzującej się nieprawidłowym wzrostem naczyń krwionośnych, które uszkadzają wrażliwą na światło tkankę z tyłu oka - a także rzadziej występujące, dziedziczne, oślepiające choroby siatkówki.

Wiele podejść do terapii genowej zależy od wektorów wirusowych, które wykorzystują naturalną zdolność wirusa do przenoszenia materiału genetycznego do komórek. Jednak wirusy wywołują odpowiedź immunologiczną, która uniemożliwia wielokrotne dawkowanie, a najczęściej stosowana w okulistycznej terapii genowej nie może przenosić dużych genów.

„Niektóre z najczęstszych odziedziczonych zwyrodnień siatkówki są spowodowane mutacjami w dużych genach, które po prostu nie mieszczą się w najczęściej stosowanym wektorze wirusowym” - mówi Peter Campochiaro, MD, profesor okulistyki w Eccles University of Johns Hopkins University School of Medicine i członek Johns Hopkins Medicine Wilmer Eye Institute.

Aby przezwyciężyć takie ograniczenia, dr Campochiaro i Jordan Green opracowali nowe podejście obejmujące biodegradowalny polimer, który otacza i zagęszcza długie odcinki DNA, tworząc nanocząsteczki, które mogą dostać się do komórek. Ta technologia umożliwia naukowcom przekształcenie komórek oka w minifabryki dla białka terapeutycznego.

Aby najpierw sprawdzić, czy nanocząsteczki mogą dotrzeć do komórek docelowych, naukowcy załadowali nanocząsteczki genem dla białka fluorescencyjnego, które powoduje, że komórki świecą jak jarzeniówka. Ta świecąca cząsteczka pozwoliła naukowcom określić lokalizację, wielkość i czas trwania ekspresji genów osiągalnych za pomocą nanocząstek.

Odkryli, że nawet osiem miesięcy po leczeniu większość wrażliwych na światło komórek w oczach szczurów świeciła, co pokazuje, że nanocząstki skutecznie osadzają gen fluorescencyjny w komórkach.

Następnie naukowcy przygotowali podobny eksperyment, tym razem wykorzystując nanocząsteczki do transportu biologicznie odpowiedniego genu do oka. Załadowali nanocząsteczki genem czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF), który jest odpowiedzialny za wzrost nieprawidłowych naczyń krwionośnych u osób z mokrym zwyrodnieniem plamki żółtej.

Naukowcy wstrzyknęli do oczu 30 szczurów nanocząsteczki niosące gen VEGF i określili wpływ na siatkówkę 1, 2 i 5 miesięcy po wstrzyknięciu. Miesiąc po iniekcji u każdego badanego szczura wystąpiły nieprawidłowe naczynia krwionośne pod i w siatkówce, takie jak obserwowane u pacjentów z mokrym zwyrodnieniem plamki żółtej. Nieprawidłowe naczynia krwionośne były bardziej rozległe po dwóch i pięciu miesiącach od wstrzyknięcia i towarzyszyły im blizny pod siatkówką podobne do obserwowanych w przewlekłym nieleczonym mokrym zwyrodnieniu plamki.

„Wyniki te pokazują, że geny dostarczane przez nanocząsteczki pozostawały aktywne w komórkach przez kilka miesięcy” - mówi Campochiaro.

Wreszcie, aby przetestować zdolność nanocząstek do dostarczenia genu terapeutycznego w tej chorobie, naukowcy wykorzystali myszy inżynierii genetycznej do opracowania formy zwyrodnienia plamki mokrej podobnej do tej u ludzi. Naukowcy załadowali nanocząstki genem, który wytwarza białko, które neutralizuje VEGF.

Obecnie lekarze wstrzykują takie białka, które blokują białka VEGF do oczu osób ze zwyrodnieniem plamki żółtej, leczeniem pomagającym kontrolować przerost nieprawidłowych, nieszczelnych naczyń krwionośnych. Ale ta procedura musi być często powtarzana i jest uciążliwa dla pacjentów i ich opiekunów.

Trzy tygodnie po wstrzyknięciu nanocząstek zawierających gen białka anty-VEGF myszy wykazywały 60% zmniejszenie nieprawidłowych naczyń krwionośnych w porównaniu z myszami kontrolnymi. Ten sam efekt zaobserwowano 35 dni później.

„Wyniki te są niezwykle obiecujące” - mówi dr Jordan Green, profesor inżynierii biomedycznej na Johns Hopkins University School of Medicine. „Mamy możliwość dotarcia do komórek najbardziej dotkniętych chorobą zwyrodnieniową oczu dzięki niewirusowym metodom leczenia, które pozwalają oku na tworzenie własnych, trwałych terapii”.

Szacuje się, że 1,6 miliona ludzi w USA ze zwyrodnieniem plamki żółtej otrzymuje wstrzyknięte leki do oka w odstępach od czterech do sześciu tygodni. Terapia genowa może zapewnić tkance oka sposób na zapobieganie dalszemu pogorszeniu wzroku już po kilku wstępnych zabiegach. Choroby genetyczne powodujące ślepotę można leczyć w podobny sposób, wprowadzając funkcjonalne wersje genów, których wyłączenie spowodowały odziedziczone mutacje.

Źródło: sciencedaily.com