ДНК в клетки доставили с помощью покрытой сахаром полимерной гранулы

Российские ученые совместно с американскими коллегами разработали систему доставки генов в иммунные клетки — макрофаги. Ранее уже были попытки использовать гранулы ДНК с положительно заряженным полимером, однако эффективность получалась невысокой. В своей работе ученые дополнительно покрыли гранулы сахаром маннозой и увеличили эффективность доставки в 500 раз. Работа поможет в лечении раковых опухолей. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Macromolecular Bioscience.

Макрофаги — одни из иммунных клеток — в норме должны защищать организм от инфекций и рака. Однако если уже есть опухоль, она может «завербовать» часть макрофагов и заставить их приобрести определенный фенотип, который будет способствовать росту образования. Можно отправить к макрофагам определенные ДНК, чтобы рекрутировать этих клеточных «предателей» назад и, тем самым, ослабить опухоль.

Для медицинских целей необходимо сделать доставку ДНК в целевую клетку как можно более безопасной. Существует множество методов, однако оптимальным считается использование вирусных частиц: они прилипают только к белкам на поверхности определенных клеток и, кроме того, не вызывают их гибель. Хотя вирусные доставщики не содержат собственного генетического материала и не могут размножаться в клетках, процесс их синтеза и сборки сложен и требует контроля на всех этапах производства, чтобы не допустить появления настоящих вирусов.

В своей работе исследователи из МГУ им. М. В. Ломоносова совместно с коллегами из Небрасского университета и Университета Северной Каролины смогли эффективно доставить ДНК в макрофаги с помощью положительно заряженных полимеров. Положительный заряд в этом случае нужен для связывания отрицательно заряженной ДНК. Из таких полимеров самопроизвольно собираются частицы, которые дальше можно модифицировать: добавить дополнительные связи внутри клубка и тем самым сделать его более прочным или покрыть частицу оболочкой.

Ученые сравнили способность доставлять генетический материал у частиц из двух разных полимеров, содержащих в составе аминокислотные мономеры из лизина или аспарагиновой кислоты. Они оценивали, как дополнительные сшивки и оболочка из сахара маннозы влияют на выживаемость макрофагов и способность частиц помещать гены в эти клетки.

В иммунные клетки доставили ДНК флуоресцентных белков, которая заставляла их светиться. Это помогло определить, удалось ли перенести в клетку нуклеиновые кислоты с помощью полимерных частиц: чем сильнее свечение культуры клеток, тем успешнее доставка.

Более эффективными оказались полимерные частицы с аспарагиновой кислотой, покрытые сахаром маннозой. В этом случае выживало 80% клеток, что выше, чем у некоторых популярных методов. Дело в том, что на поверхности макрофагов есть маннозные рецепторы, поэтому эффективность переноса нуклеиновых кислот у «сахарных» гранул оказалась в 500 раз выше, чем у полимеров без маннозной оболочки.

«Несмотря на успех наших опытов, эффективность доставки была немного меньше, чем для некоторых известных аналогов, предложенных для доставки ранее. Однако они не направлены специфически в иммунные клетки и не могут быть применены на людях из-за своей высокой токсичности. В отличие от таких подходов, наш метод подходит для человека», — подчеркнул руководитель проекта по гранту РНФ, член-корреспондент РАН и руководитель лаборатории химического дизайна бионаноматериалов химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Александр Кабанов.