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.
Заведующий лабораторией генетических технологий в создании лекарственных средств Первого МГМУ им. И. М. Сеченова (Сеченовский Университет), кандидат биологических наук Дмитрий Костюшев рассказал aif.ru о сути инновационного изобретения, а также о том, как и где его можно будет использовать.
Барьер взят!
За открытие технологии CRISPR/Cas9 (еще ее называют молекулярными ножницами) в 2020 году была вручена Нобелевская премия по химии. Эта уникальная технология позволяет редактировать определенный фрагмент ДНК и исправлять в нем генетические мутации. Однако это открытие до сих пор не нашло практического применения, так как до сих пор не существовало эффективных методов доставки CRISPR/Cas в клетку. Это стало ключевой преградой на пути разработки новых методов терапии.
Барьер удалось преодолеть ученым Сеченовского Университета. Они создали новые молекулярные инструменты, которые позволяют доставлять CRISPR/Cas к месту назначения в составе наночастиц. По словам Костюшева, данный метод универсален и его можно применять не только при гепатите В, но и для лечения других инфекционных, а также генетических заболеваний и рака.
Наночастицы из клеток человека
Работа над созданием всемогущих наночастиц и сегодня продолжается в лаборатории генетических технологий ИМПиТМ им. Е. И. Марциновского Сеченовского Университета. Эта лаборатория была создана в рамках Национального проекта «Наука и университеты» и государственной программы «Приоритет 2030». А само исследование было выполнено при поддержке гранта Российского Научного Фонда.
Ученые, работавшие над совершенствованием методики молекулярных ножниц, 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 с тканями человека и безопасность. Выяснилось, что они имеют идеальные свойства для системной доставки — а именно размер примерно 100 нанометров и отрицательный заряд. Также важной характеристикой биологических 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. И они были проведены. В результате ученые разработали новый, уникальный подход, основанный 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.
Пять дней — и гепатиту В практически конец
Оказалось, что в этом случае наночастицы не только доставляют CRISPR/Cas до целевой мишени, но и разрезают дефектный участок ДНК, который требуется заменить новым, здоровым. Кроме того, они продемонстрировали выраженную противовирусную активность. При использовании наночастиц в течение пяти суток репликация (размножение) вируса гепатита B снижалась на 90-99%.
Технология, которая пока используется лишь в научных лабораториях, имеет все шансы выйти в широкое медицинское применение. И тогда у медицины появится возможность излечивать те заболевания, которые до сих пор считались неизлечимыми. В частности, благодаря наночастицам можно будет создать более эффективную и гораздо менее токсичную альтернативу химиотерапии, успешно бороться с давним и до сих пор непобежденным врагом человечества — раком.
Исследователи создали технологии доставки CRISPR/Cas в целевые органы. Высокая эффективность такого способа лечения была доказана in vitro и in vivo. При испытаниях на клеточных культурах доставка наночастиц в целевые клетки выросла в десять 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, это платформа: этим молекулярным ножницам можно присоединять дополнительные функциональные элементы. Можно адаптировать эту систему под решение конкретных практических задач и для лечения множества заболеваний», — подчеркнул Костюшев.
