Двадцать лет назад ученые обнаружили, что короткие цепи РНК, известные как микроРНК, помогают клеткам точно настраивать экспрессию своих генов. Нарушение или потеря некоторых микроРНК связаны с раком, что повышает возможность лечения опухолей путем регулирования уровней микроРНК.
Разработка таких методов лечения требует доставки микроРНК к опухолям, что оказалось трудным. Однако исследователи из Массачусетского технологического института теперь показали, что, скручивая нити РНК в тройную спираль и помещая их в биосовместимый гель, они могут не только эффективно доставлять нити, но и использовать их для уменьшения агрессивных опухолей у мышей.
Используя этот метод, исследователи значительно улучшили выживаемость при раке, одновременно включив подавляющую опухоль микроРНК и деактивируя микроРНК, вызывающую рак. Они считают, что их подход может быть использован для доставки других типов РНК, а также ДНК и других терапевтических молекул.
"Это платформа, которая может доставить любой интересующий ген," говорит Натали Арци, научный сотрудник Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института (IMES) и доцент медицины в Бригаме и женской больнице. "Эта работа демонстрирует перспективность местного применения в борьбе с раком. В частности, что касается генной терапии, триплексная структура улучшает стабильность, захват и эффективность трансфекции РНК."
Арци – старший автор статьи, описывающей технику декабрьской. 7 выпуск Nature Materials. Ведущий автор исследования – постдок IMES Жоао Конде.
Местная доставка
По словам Арци, новая методика отражает сдвиг среди исследователей рака в сторону разработки более целенаправленных и избирательных методов лечения. "Рак воспринимается как системное заболевание, требующее системного лечения. Однако в некоторых случаях солидным опухолям может помочь местная терапия, которая может включать генную терапию или химиотерапию," она говорит.
Для создания своей новой системы исследователи использовали материал, ранее разработанный Арци и ее коллегами, сделанный из двух полимеров, известных как декстран и дендример, в качестве тканевого клея.
В новом исследовании Арци и Конде использовали способность дендримеров образовывать самособирающуюся структуру с интересующими микроРНК. Во-первых, они связывают три цепи микроРНК вместе в тройную спираль, создавая молекулу, которая намного более стабильна, чем одинарная или двойная цепь РНК. Эти триплексы затем связываются с молекулами дендримеров, некоторые из которых образуют наночастицы, и при добавлении декстрана гели для инъекционных препаратов находятся на поверхности твердой опухоли.
После нанесения на опухоль гель медленно высвобождает частицы дендримеров микроРНК, которые абсорбируются опухолевыми клетками. После того, как частицы попадают в клетки, ферменты разрезают каждую тройную спираль на три отдельные нити микроРНК.
МикроРНК изменяет экспрессию генов, нарушая молекулы матричной РНК, которые несут инструкции ДНК в механизмы построения белков клеток. Считается, что геном человека кодирует более 1000 микроРНК, и многие из них могут вызывать заболевания при неправильной работе.
В этом исследовании исследователи получили две целевые последовательности микроРНК, а также третью цепь, единственная функция которой – поддерживать стабильность спирали. Одна из цепей имитирует действие естественной микроРНК, называемой miR-205, которая часто замалчивается в раковых клетках. Другой блокирует микроРНК под названием miR-221, которая часто сверхактивна в раковых клетках.
Исследователи протестировали платформу доставки микроРНК на мышах с имплантированными тройными отрицательными опухолями молочной железы, в которых отсутствуют три наиболее распространенных маркера рака молочной железы: рецептор эстрогена, рецептор прогестерона и Her2. Такие опухоли обычно очень сложно лечить.
Исследователи обнаружили, что лечение этих мышей микроРНК, доставляемой в виде тройной спирали, было намного более эффективным, чем стандартная химиотерапия. При лечении тройной спиралью опухоли уменьшились на 90 процентов, и мыши выжили до 75 дней, по сравнению с менее чем неделей при других методах лечения (включая одно- и двухцепочечные те же микроРНК).
Исследователи обнаружили, что комбинация микроРНК, используемая в этом исследовании, по-видимому, влияет на способность раковых клеток расти и прилипать к другим клеткам.
"Это отличное доказательство принципа," говорит Мауро Феррари, президент и главный исполнительный директор Хьюстонского методистского исследовательского института, который не принимал участия в исследовании. "Во многих отношениях микроРНК – это отличная возможность для таргетной терапии рака, но проблема доставки оставалась неразрешимой."
Определение целей
Арци и Конде теперь планируют искать комбинации микроРНК, которые могли бы бороться с другими типами опухолей. По словам Арци, этот метод доставки, вероятно, лучше всего будет работать с доступными солидными опухолями, такими как опухоли груди, толстой кишки и, возможно, головного мозга.
Этот тип терапии микроРНК также можно использовать для предотвращения распространения опухолей по всему телу. Уже было обнаружено, что несколько последовательностей микроРНК играют роль в этом процессе, известном как метастазирование.
"Так много микроРНК участвуют в метастазировании. Это действительно малоизученная область," Конде говорит.
Исследователи также изучают возможность использования этого метода для доставки других типов нуклеиновых кислот, включая короткую интерферирующую РНК для РНК-интерференции и ДНК для генной терапии. "Мы действительно хотим определить правильные цели и использовать эту платформу для их очень эффективной доставки," Арци говорит.