Исследователи из Токийского столичного университета создали новую молекулу доставки лекарств, цвиттерионный полимерный комплекс, который может помочь получить плазмидную ДНК внутри клеток при инъекции в скелетные мышцы, что является важным шагом в экспрессии терапевтической РНК и белков. Новое соединение эффективно связывается с плазмидной ДНК, не влияя на ее структуру. При инъекции в мышцы мышей команда наблюдала широко распространенную экспрессию генов, что многообещающе для применения в лечении серьезных мышечных заболеваний.
Системы доставки лекарств лежат в основе многих клинических прорывов нашего века. Например, вакцина от COVID-19 использует липидные наночастицы для заключения в оболочку информационной РНК (мРНК) и переноса их в клетки с помощью процесса, называемого эндоцитозом; попав внутрь, мРНК высвобождается посредством «эндосомального побега», прежде чем она «переводится» клеточными механизмами в антигены, которые вызывают иммунный ответ. Но хотя такие методы успешно используются, все еще есть проблемы, которые необходимо преодолеть, такие как нежелательная агрегация носителя. По мере того, как методы лечения становятся все более разнообразными, исследователи ищут новые методы доставки для более широкого спектра применений.
Группа ученых из Токийского столичного университета под руководством профессора Шоитиро Асаямы изучала использование полиионов, полимеров с электрическим зарядом, для переноса плазмидной ДНК (pDNA) в клетки. Плазмидная ДНК может быть транскрибирована в РНК-носитель или транслирована в белки, что делает их универсальным средством для терапии. Они также являются отрицательно заряженными полимерами, которые могут связываться с положительно заряженными полиионами. Однако простое создание большого положительно заряженного полимера далеко от идеала, поскольку их заряд может сделать их токсичными для клеток. Недавние усилия обратились к цвиттерионам, то есть соединениям с положительным зарядом на одной части и отрицательным зарядом на другой.
Теперь команда спроектировала первое цвиттерионное полимерное соединение (CA-PVIm) с катионом имидазолия (положительный заряд), которое может образовывать комплекс с pDNA. Группы имидазолия имеют преимущество в том, что их положительный заряд размазан по кольцу атомов, что дает им хорошие шансы на прочное связывание с pDNA. Отрицательно заряженные части состояли из карбоксильных групп, разделенных короткой углеводородной цепью; они были добавлены в полимерную цепь в разных пропорциях.
В предварительных экспериментах они обнаружили, что их новое соединение имело слой связанных молекул воды в растворе, что могло сделать их биоинертными. Смешанный с pDNA, метод, используемый для разделения соединений ДНК по длине, был использован для того, чтобы показать, что pDNA может успешно образовывать комплекс с CA-PVIm. Другие измерения также продемонстрировали, что сложная иерархическая структура pDNA была сохранена.
Команда проверила свое соединение, введя его в мышечную ткань мышей. По сравнению с чистой pDNA, они обнаружили экспрессию генов, обусловленную pDNA, на значительно более широкой площади. Это ясно показало, что их полиион был принят в клетки и подвергся эндосомальному выходу. Они также определили оптимальное соединение, в котором 7% доступных участков получили отрицательные заряды (CA(7)-PVIm), что дало наибольший эффект. Поскольку оно может доставлять свой груз через большие массы мышц, результаты команды обещают новые методы лечения серьезных мышечных заболеваний.
