Инжектиране на бактериални „спринцовки“, могат да доставят лекарства в човешки клетки

Публикация / Научна точка

Дата на публикуване :: 17.05.2023 , 08:07: ч. , JSCI Идентификатор 29386

Редактор: Александра Томова

Абстракт:: Сложните, ефективни лекарства за лечение на болести и други състояния не са добри, ако не могат да достигнат до частта на тялото или специфичните клетки, към които са предназначени да се насочат.Учените обаче са намерили нов начин да доставят малки протеини в специфични клетки, използвайки малки структури, които се намират, естествено открити върху определени бактерии.

Приложения към публикацията: N/A

Публкацията е част от
НАУКАТА+ / JSCI Plus Архив

Пълен текст (JSCI 29386)

Прочетена 1747

Сложните, ефективни лекарства за лечение на болести и други състояния не са добри, ако не могат да достигнат до частта на тялото или специфичните клетки, към които са предназначени да се насочат. Учените обаче са намерили нов начин да доставят малки протеини в специфични клетки, използвайки малки структури, които се намират, естествено открити върху определени бактерии. Проучването, публикувано в природата на 29 март, може да доведе до по-добри системи за доставка на лекарства в медицината.

„Доставката остава критично затруднение в медицината“, казва съавторът на проучването и изследователят на MIT Джоузеф Крейц. „Въпреки че през последните няколко десетилетия са разработени много мощни нови терапии, ще се нуждаем от дълбока пейка от опции, за да вкараме тези терапии в правилните клетки в тялото.“

В проучването Kreitz, изследователят на Broad Institute Feng Zhang и останалата част от техния екип черпиха вдъхновение от природата, разчитайки на малки микроби, които намериха начин да се заобиколят този проблем. Ендосимбиотичните бактерии или бактериите, които зависят от техните клетки на гостоприемника за оцеляване, са разработили инструменти като извънклетъчната контрактилна инжекционна система (ECIS), в които бактериите използват малки наномашини, които са наномашини, за да инжектират полезни натоварвания в своите клетки -гостоприемници. Клетките гостоприемници, в случай на асимбиотика на бактерията Photorhabdus, са клетките, облицоващи червата на нематодите. В новото проучване Джан и екипът реинженерират тези така наречени наносири от фоторхабдус, за да се насочат и доставят голямо разнообразие от протеини в човешки и животински клетки.

Изследователите първо потвърдиха, че касетите на Photorhabdus вирулентност (PVC) могат да доставят ненативни протеини в клетките на гостоприемника. Те използваха системата CRE-LOXP за тези експерименти, при които GFP експресията в клетките на гостоприемника беше предотвратена от стоп кодон, обграден от LOXP последователността. При добавяне на Cre рекомбиназа ензимът разпознава LOXP сайтовете и изряза стоп кодона. По този начин, активната експресия на GFP служи като показател за успешно доставяне на CRE в клетките.

Но истинското предизвикателство предстои: да се използват PVC за насочване към човешки или миши клетки - много различни от клетките на гостоприемника на насекомите, към които PVC са известни. Това се усложнява от факта, че учените дори не са били сигурни как PVC разпознават клетките на насекомите на първо място. Това, което беше известно обаче, е, че тези PVC приличат на структури, използвани от бактериофаги, вируси, които използват контрактилни опашки, за да инжектират генетичния си материал в бактерии.

„Подозирахме, че PVC разпознават клетките чрез малки протеинови нишки, наречени опашни влакна, но първоначално не беше ясно как ще трябва да модифицираме тези опашни влакна, за да променим целевата специфичност на тази система“, каза Крейц.

Използвайки Alphafold, мощната AI платформа, която може да предвиди 3D структурата на протеин от аминокиселинната си последователност, екипът може да моделира опашното влакно на PVC, за да разбере по -добре как се свързва с целевия си рецептор. След това изследователите реинженерираха на PVC опашните влакна, за да разпознаят конкретно рецептор върху клетките на белия дроб на човешкия белодроб. Използвайки реинженерираните опашни влакна, те успяха да заредят различни видове протеини в тези клетки in vitro: родните токсични протеини на бактериите, които убиват клетките, и ненативния CRE, които превърнаха клетките зелени. Сега те имаха инструмент за доставяне, който може - по -специално и ефективно - микроинжектите в човешките клетки.

„Мога да си представя, че програмируемият характер на този подход може да бъде полезен за постигане на подобрения в целевата или тъканната селективност в бъдеще“, казва Анджела Кьолер, изследователка от MIT, която не е участвала в това проучване, пред ученика.

На следващо място, изследователите тестваха способността на системата да доставя компоненти за редактиране на генома на CRISPR за насочване на клетки in vitro. Въпреки че технологията CRISPR е широко приета за терапевтични изследвания, целевата доставка остава основно предизвикателство в тази област. „Продължаваме да разширяваме тази кутия с инструменти на модалностите на доставката; Имаме кутия с инструменти от машини за редактиране на геноми, видове молекули за доставяне и сега разширяваме самата кутия с инструменти за доставка “, каза в това проучване Родолф Барангу, изследовател, работещ с CRISPR в държавния университет в Северна Каролина, който не е участвал в това проучване, каза пред The Study, каза в това проучване на The Study, заяви пред The Study, заяви пред The Study, заяви пред The Study, каза в това проучване на The Study, каза пред The Study, каза пред The Study, заяви пред The Study, заяви пред The Study, заяви пред The Study, заяви пред The Study, заяви пред The Study, каза в това проучване на The Study, заяви пред The Study. Учен.

Екипът успя да инжектира Cas9 протеин, нуклеаза, участваща в CRISPR-медиирано редактиране на гени, в човешки клетки, експресиращи ръководство РНК, за ефективно редактиране на генома в тези човешки клетки. PVC с модифицирани опашни влакна бяха много специфични за техните целеви рецептори, ключова характеристика, която може да бъде експлоатирана в бъдещите му приложения като потенциална терапия срещу ракови клетки.

„Ние сме развълнувани от възможностите, които тези системи предоставят бъдещи приложения“, каза Крейц. „Например, тъй като PVC могат да доставят протеини, за разлика от системите за доставяне на ДНК или РНК, които доставят чертежи за протеини, те могат да ни осигурят по-добър контрол върху дозата и полуживота на терапевтични вътрешни клетки.“

Като окончателен тест за ефикасността на новата система, Крейц и неговите колеги използваха PVC за безопасно и успешно инжектиране на протеини в мозъка на живата мишка, след като променяха опашката, за да разпознаят рецепторите на мишка. Те отново използваха системата CRE-LOX и потвърдиха, че PVC-доставените ненативни протеини изпълняват своята функция правилно in vivo. Също така, инжекцията не доведе до значителен имунен отговор и PVCs не се придържат към мозъка на мишката за по -дълго от седмица след инжектирането - добавяне към списъка с функции, които поддържат използването на този инструмент като потенциален терапевтик в бъдещето.

И изследователите вече участват в потенциално комерсиализиране на тази технология. Според документа Kreitz и Zhang са посочени като Coinventors по заявка за временна патент в САЩ, подадена от широкия институт, озаглавен „Специфична система за инжектиране на Cell-Type.“ Zhang е научен съветник и съосновател на Medicine Editas, терапевтици от лъчи, двойни растения, биотехнологии на Arbor и Aera Therapeutics. Джан също е научен съветник за Октант.

„Интересуваме се от по -нататъшното разбиране на имуногенните му свойства, проникването на тъканите и локализацията на органи“, каза Крейц. „Евентуалното използване на PVCs в човешките терапевтици ще изисква допълнително предклинично развитие и строга, регулирана от FDA клинични проучвания, за да се гарантира, че тази система е безопасна и ефикасна.“

"Това е чудесно доказателство за концепцията", каза Барангу. „Илюстрирайки потенциала на тази технология с редактиране на геноми, in vivo в невроните, има причини да се вълнувате. Това е област от бъдещ интерес, област с голям терапевтичен потенциал и област с големи технически затруднения. "

Възможно е да се използват тези PVC като инструмент за доставка на наркотици за лечение на човешки заболявания в бъдеще. Понастоящем те са програмируем инструмент за доставяне на протеин, който може да бъде модифициран, за да се насочи към цяло разнообразие от клетки от различни организми, вариращи от насекоми до хора.

„Много е трудно да се доставят полезни товари на неврони и мозъчна тъкан и да можеш да го направиш, според мен, е много обнадеждаващо начало, макар и да е в ранните етапи“, каза Барангу.

Публикация / Новини (JSCI 29386)
Дата на публикуване :: 17.05.2023, 08:07: ч.

Публикацията е включена и в информационните бюлетини за абонатите на JSCI. Изберете от предлаганите възможности за абонамент, за да получавате редовни актуализации във Вашите области на интерес.

ОЩЕ ОТ РУБРИКАТА

Ухапване от комар: Съвети, които облекчават и лекуват по-бързо ухапванията