Magnetycznie sterowane nanocząsteczki w terapii genowej
Urszula Konopacka | 2007-09-12
Filadelfijscy naukowcy opracowali nową metodę wprowadzania terapeutycznych genów (jak również leków czy komórek) wykorzystującą nanocząsteczki zawierające żelazo sterowane za pomocą pola magnetycznego.
Prace nad nowatorską technologią prowadził zespół z Filadelfijskiego Szpitala Dziecięcego pod kierownictwem dr Roberta Levy. O osiągnięciu doniosło sierpniowe wydanie
FASEB Journal. Naukowcy łączyli sekwencje DNA ze sferycznymi nanocząsteczkami zawierającymi żelazo. Następnie cząstki te zostały skierowane do komórek mięśniowych, w których DNA miało działanie terapeutyczne, za pomocą przyłożonego pola magnetycznego. W ten sposób mają być leczone m.in. osłabione chorobami naczynia krwionośne. Zespół dr Levy ma również w najbliższej przyszłości zbadać możliwość wprowadzania tą drogą leków oraz zastosowania jej w terapii genowej guzów.
Nowa metoda stanowi alternatywę dla wcześniejszych technologii wprowadzania konstruktów genowych, szczególnie stosujących retrowirusy. W metodach tych szkodliwe komponenty wirusa zastępowano genami o działaniu terapeutycznym (w m.in. takich chorobach jak dystrofia mięśniowa, mukowiscydoza czy nawet rak mózgu). Zasadniczą wadą powyższej metody był fakt, że retrowirusy infekowały komórki w sposób dość nieprzewidywalny. Wiązało się to z ryzykiem przerwania przez przypadkowo wbudowującego się retrowirusa ciągłości ważnego genu, np. onkogenu, co mogło prowadzić do powstania nowotworu. Ponadto, korzystając z wirusów, napotykano trudności związane z odpowiedzią systemu immunologicznego organizmu.
Powyższe wady zaowocowały koniecznością opracowania nowej, bezpieczniejszej dla pacjentów technologii wprowadzania genów. Rozwiązaniem okazały się kompleksy DNA
i nanocząsteczek, początkowo wprowadzane w postaci iniekcji, kremów, płynów czy aerozoli do inhalacji. Niedoskonałość wymienionych metod polegała jednak na mało precyzyjnym kierowaniu nanocząsteczek. Osiągnięcie naukowców z Filadelfii umożliwia docelowe wprowadzanie terapeutycznych genów in vivo. Dotychczas, jeśli zabiegowi transformacji poddawano cały organizm, organ lub inną dużą grupę komórek, transgen docierał tylko do niektórych z nich – nie dotyczyło to jedynie mikroiniekcji. Alternatywnym wykorzystaniem badanej technologii jest magnetycznie sterowane wprowadzenie całych, zmodyfikowanych pod względem genetycznym komórek do wybranej tkanki.
Wielkość nanocząsteczek waha się w granicach 185-375 nm. Dla porównania krwinki czerwone są 20 do 40 razy większe. Rozmiary cząstek używanych w terapii mają być kontrolowane przez różnicowanie ilości i składu rozpuszczalników użytych do ich formowania.
Używane w nowej technologii nanocząsteczki impregnowane są tlenkiem żelaza i opłaszczone
DNA związanym z polietylenoiminą (PEI). Zadaniem PEI jest ochrona transportowanego DNA przed degradacją przez endonukleazy obecne w krwiobiegu. Sama metoda magnetycznego sterowania nanocząsteczkami była wcześniej znana. Innowacją, co podkreślają naukowcy jest zastosowanie materiałów ulegających biodegradacji, a więc rozpadających się na prostsze, nietoksyczne związki chemiczne, które mogą być bezpiecznie przenoszone z krwią.
Wprowadzone w formie plazmidu DNA zawierało gen kodujący adyponektynę – hormon regulujący przemianę materii. Za pomocą przyłożonego pola magnetycznego skierowano plazmidy do komórek mięśnia gładkiego budujących tętnice. W komórkach DNA odłączało się od nanocząsteczki i wbudowywało w genom gospodarza, powodując produkcję ilości adyponektyny wystarczającej do znaczącej redukcji proliferacji nowych komórek.
Innym przykładem praktycznego zastosowania sterowanych nanocząsteczek jest kierowanie ich do stentów. Są to niewielkie sprężynki, najczęściej ze stopu chromowo-kobaltowego umieszczane wewnątrz naczyń krwionośnych w celu zapobieżenia ich zwężaniu. Jako że stent jest ciałem obcym w naczyniu krwionośnym, po jakimś czasie dochodzi do powstawania wokół niego neointimy - tkanki narastającej w wyniku drażnienia ściany naczynia przez ciało obce. Neointima stopniowo zawęża światło naczynia, prowadząc w konsekwencji do jego całkowitego zamknięcia – tzw. restenoza. Aby temu zapobiec wprowadzono do leczenia stenty uwalniające substancje antyproliferacyjne, które zmniejszały ryzyko ponownego zamknięcia naczynia. Obecność substancji antyproliferacyjnej ma jednak również niepożądane działanie – utrudnia epitalielizację, co sprzyja powstawaniu zakrzepicy. W ubiegłym roku zaproponowano stenty uwalniające leki ulegające powolnemu wchłanianiu, co ma zapobiec takim efektom ubocznym. Stenty najnowszej generacji muszą jednak jeszcze przejść szereg badań; ich stosowanie będzie też z pewnością kosztowne, innowacyjna metoda wprowadzania genów inhibitorów wzrostu stanowi zatem dla nich interesującą alternatywę.
Ponadto dr Levy proponuje umieszczenie wykonanych z ferromagnetyków stentów w drogach oddechowych czy przewodzie pokarmowym. Po wprowadzeniu za pośrednictwem nanocząsteczek wystarczającej ilości genów, komórek czy leków stenty miałyby być usuwane.
Badania nad technologią są na razie prowadzone w hodowlach komórkowych, a więc na dość wczesnym etapie. Naukowcy mają jednak nadzieję, że ich prace pomogą zrewolucjonizować szczególnie leczenie chorób naczyń.
Źródła:
- ScienceDaily.com: New nanotech gene therapy system created.
- Scienceblog.com: Researchers use nano-particles to deliver gene therapy
- Nanotechnology.com: Under magnetic force, nanoparticles may deliver gene therapy
- Wikipedia: Stent
Komentarze
mikroos | 2007-09-12 00:00:00
Z tym rozmiarem krwinek chyba się komuś trochę pomieszało... erytrocyt człowieka ma prawidłowo 7 mikrometrów średnicy.
---
Red: Racja, dziękuję, poprawione.