Новая технология, основанная на вирусе, заражающем моль, и наномагнитах, может быть использована для редактирования дефектных генов, вызывающих такие заболевания, как серповидно-клеточная анемия, мышечная дистрофия и муковисцидоз.
Биоинженер из Университета Райса Ган Бао объединил магнитные наночастицы с вирусным контейнером, взятым из определенного вида мотылька, чтобы доставить полезные нагрузки CRISPR/Cas9, которые модифицируют гены в определенной ткани или органе с пространственным контролем.
Поскольку магнитными полями легко манипулировать и, в отличие от света, они легко проходят через ткани, Бао и его коллеги хотят использовать их для контроля экспрессии вирусных полезных нагрузок в тканях-мишенях путем активации вируса, который в противном случае инактивируется в крови..
Исследование опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering. В природе CRISPR/Cas9 укрепляет иммунную систему микробов, записывая ДНК захватчиков. Это дает микробам возможность распознавать и атаковать возвращающихся захватчиков, но ученые спешат адаптировать CRISPR/Cas9 для восстановления мутаций, вызывающих генетические заболевания, и для манипулирования ДНК в лабораторных экспериментах..
CRISPR/Cas9 потенциально может остановить наследственные заболевания, если ученые смогут установить механизм редактирования генома в нужные клетки внутри тела. Но препятствия остаются, особенно в доставке полезной нагрузки по редактированию генов с высокой эффективностью.
Бао сказал, что для лечения многих заболеваний необходимо редактировать клетки организма.«Но эффективная доставка оборудования для редактирования генома в целевую ткань тела с пространственным контролем остается серьезной проблемой», - сказал Бао. «Даже если вы введете вирусный вектор локально, он может просочиться в другие ткани и органы, и это может быть опасно».
Средство доставки, разработанное группой Бао, основано на вирусе, который заражает Autographa californica, также известную как люцерновая бабочка, мотылек, обитающий в Северной Америке. Цилиндрический бакуловирусный вектор (BV), несущая полезную нагрузку часть вируса, считается крупным, до 60 нанометров в диаметре и 200-300 нанометров в длину. По словам Бао, этого достаточно для переноса более 38 000 пар оснований ДНК, чего достаточно для снабжения клетки-мишени несколькими единицами редактирования генов.
Он сказал, что вдохновение для объединения BV и магнитных наночастиц пришло из обсуждений с Райс, постдокторантом и со-ведущим автором Хайбао Чжу, который узнал о вирусе во время постдокторской работы в Сингапуре, но ничего не знал о магнитных наночастицах, пока не присоединился к нему. Лаборатория Бао. У команды Райс был предыдущий опыт использования наночастиц оксида железа и приложенного магнитного поля для открытия стенок кровеносных сосудов ровно настолько, чтобы пропустить крупномолекулярные лекарства.
«Мы действительно не знали, сработает ли это для редактирования генов или нет, но мы подумали, что стоит попробовать», - сказал Бао.
Исследователи используют магнитные наночастицы для активации BV и доставки полезной нагрузки для редактирования генов только там, где это необходимо. Для этого они используют белок иммунной системы под названием C3, который обычно инактивирует бакуловирусы.
«Если мы объединим BV с магнитными наночастицами, мы сможем преодолеть эту дезактивацию, применяя магнитное поле», - сказал Бао. «Прелесть в том, что когда мы его доставляем, редактирование генов происходит только в ткани или той части ткани, где мы применяем магнитное поле».
Применение магнитного поля позволяет осуществлять трансдукцию BV, процесс доставки полезной нагрузки, который вводит груз редактирования генов в клетку-мишень. Полезной нагрузкой также является ДНК, которая кодирует как репортерный ген, так и систему CRISPR/Cas9.
В тестах BV загружали зелеными флуоресцентными белками или люциферазой светлячка. Клетки с белком ярко светились под микроскопом, и эксперименты показали, что магниты очень эффективны для адресной доставки грузов BV как в культурах клеток, так и в лабораторных животных..
Бао отметил, что его и другие лаборатории работают над доставкой CRISPR/Cas9 с аденоассоциированными вирусами (AAV), но он сказал, что возможности BV для терапевтического груза примерно в восемь раз больше. «Однако необходимо сделать трансдукцию BV в клетки-мишени более эффективной», - сказал он.