Ученые открыли липидные наночастицы для доставки мРНК в клетки сердца

Сердечная микрофизиологическая система под флуоресцентным освещением с жидкостными каналами. Эта «сердечная чип-модель» позволяет проводить скрининг и открытие липидных наночастиц, способных эффективно доставлять генную терапию в сердце. Автор: Калифорнийский университет в Беркли

Сердечно-сосудистые заболевания остаются основной причиной смерти во всем мире. Однако прогресс в терапии сердечной недостаточности замедлился, во многом из-за сложности доставки лечения на клеточном уровне. Теперь команда исследователей под руководством Калифорнийского университета в Беркли, возможно, решила эту проблему, открыв путь к новым, спасающим жизни методам лечения.

В основе их нового подхода лежит человеческая сердечная микрофизиологическая система (MPS), также известная как «сердце-на-чипе», которая предоставляет миниатюрную модель человеческого сердца с 3D-микроскопическими мышцами. Такие устройства состоят из микрофлюидных каналов, шириной меньше человеческого волоса, выстланных живыми человеческими клетками. Контролируя поток жидкости и другие элементы, исследователи могут имитировать аспекты физиологии сердца.

Используя свою модель «сердце-на-чипе», исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, Институтов Гладстоуна и UCSF смогли обнаружить липидную наночастицу, способную проникать в плотную сердечную мышцу и эффективно доставлять свой груз терапевтической матричной РНК (мРНК) в клетки сердечной мышцы, или кардиомиоциты.

Их выводы опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.

Липидные наночастицы — это крошечные сферические частицы, сделанные из жиров, которые инкапсулируют терапевтические агенты. Они считаются наиболее клинически продвинутой невирусной системой доставки мРНК в терапии генного редактирования и в вакцинах, включая препараты от COVID-19 от Pfizer-BioNTech и Moderna.

Однако успешная доставка мРНК к кардиомиоцитам зависит от так называемого эндосомального ускользания, что долгое время считалось сложной задачей в этой области. Эндосома действует как сортировочная станция клетки, и если терапевтический агент застревает там, он начинает разрушаться. Чтобы быть эффективной, липидная наночастица должна покинуть эндосому и проникнуть в цитоплазму клетки, где она может распределить свой груз мРНК для максимального терапевтического эффекта.

Чтобы решить эту проблему, исследователи синтезировали липидные наночастицы с новым кислотно-разлагаемым полиэтиленгликолевым покрытием, предположив, что оно сможет легко диффундировать через сердечную ткань и при этом покидать эндосому. Используя свою модель «сердце-на-чипе», они затем протестировали различные варианты, чтобы определить наиболее эффективную версию для доставки терапии генного редактирования кардиомиоцитам. Позже они протестировали эти же липидные наночастицы на сердцах мышей и зафиксировали схожие положительные результаты.

По словам Кевина Хири, со-руководителя исследования, подход исследователей с использованием «органа-на-чипе» также может позволить ученым более точно прогнозировать результаты тестов на живых организмах и ускорить прогресс в мРНК-терапии сердца. Ключевым моментом, по его словам, является способность модели воспроизводить сложные 3D-клеточные среды микротканей лучше, чем простые 2D-модели, которые обычно состоят из одного слоя клеток, выращенных в чашке Петри.

«Наша система позволяет быстрее и с меньшим использованием животных идентифицировать эффективные липидные наночастицы для безопасной доставки этих терапий, — сказал Хири, профессор биоинженерии и науки о материалах в Калифорнийском университете в Беркли. — Таким образом, используя модели органов-на-чипе для прогнозирования доставки в сердце и безопасности, мы можем потенциально ускорить программы по терапии сердечной недостаточности, кардиопротекторным факторам и генной коррекции, одновременно сокращая время и стоимость перевода в клиническую практику».

Технологии «органы-на-чипе» активно развиваются в последние годы и моделируют не только сердце, но и печень, почки и другие органы, что позволяет тестировать лекарства более эффективно и этично по сравнению с традиционными методами.