Группы экспериментального лечения, включающие гепатоциты, подвергшиеся воздействию различных доз AAV, AAV* (AAV, предварительно обработанных EP) или плазмид, с воздействием импульса электрического поля (EP) или без него.
Стремясь улучшить оказание дорогостоящих медицинских услуг, группа исследователей-электротехников из Университета Висконсин-Мэдисон разработала метод стимуляции, который может сделать человеческое тело более восприимчивым к определенным видам генной терапии.
Исследователи подвергли клетки печени коротким электрическим импульсам, и эти легкие удары заставили клетки печени поглощать более чем в 40 раз больше материала генной терапии по сравнению с клетками, которые не подвергались воздействию импульсных электрических полей. Такой подход может помочь снизить дозу этих методов лечения, сделав их намного безопаснее и доступнее. Исследование опубликовано в журнале ПЛОС ОДИН.
Генная терапия — многообещающая медицинская технология: изменяя, изменяя или вводя новый генетический материал в клетки пациента, врачи могут вылечить или компенсировать генетические заболевания, включая муковисцидоз, серповидноклеточную анемию, гемофилию и диабет.
Однако одним из препятствий генной терапии является доставка нужной дозы генетического материала в клетки-мишени. Исследования Университета Висконсина в Мэдисоне показывают, что применение электрического поля умеренной силы, которое не оставляет длительного повреждения клеткам, которые его получают, может привести к более эффективному лечению.
Проект начался почти десять лет назад Хансом Соллингером, хирургом-трансплантологом из Университета Вашингтона в Мэдисоне. Он разработал метод генной терапии диабета 1 типа — аутоиммунного заболевания, поражающего поджелудочную железу — орган, вырабатывающий инсулин.
Стратегия лечения Соллинджера переносила генетический код производства инсулина в клетки печени с использованием вируса, родственного адреновирусу, который помогает транспортировать терапевтические гены через клеточную мембрану. Эта ДНК может затем поселиться в клетках печени, производя инсулин без участия иммунной системы поджелудочной железы.
Хотя у Соллинджера были доказательства эффективности терапии, он считал, что будущее лечения будет зависеть от родов. Он обратился к Сьюзан Хагнесс и Джону Буске, профессорам электротехники и компьютерной техники в Университете штата Вашингтон в Мэдисоне, которые имеют опыт лечения человеческих клеток электрическими импульсами.
«Мы начали говорить о местной, адресной доставке и о том, существует ли способ доставить терапевтическую ДНК непосредственно в печень, не пропуская ее через организм и не активируя иммунную систему», — говорит Хагнесс. «И можем ли мы использовать электрические импульсы, чтобы сделать этот процесс доставки более эффективным и значительно снизить необходимую дозу?»
Ранее ученые обнаружили, что воздействие на клетки электрических полей часто может увеличить способность молекул перемещаться через клеточную мембрану в клетку. Так, в своем недавнем исследовании Ph. Студент Ичжоу Яо стремился определить, увеличит ли этот метод проникновение вирусных частиц в клетки печени.
Используя клетки гепатомы человека, модельную тест-систему печени, Яо подверг партии клеток воздействию различных концентраций вирусных частиц генной терапии, содержащих флуоресцентный зеленый белок. Она использовала пару электродов для подачи 80-миллисекундного электрического импульса на некоторые образцы, а затем инкубировала все клетки в течение 12 часов.
Когда 48 часов спустя она изучила результаты под флуоресцентным микроскопом, Яо обнаружила, что лишь небольшой процент клеток, не получивших электрических импульсов, светился зеленым. Напротив, клетки, получившие zap, накопили примерно в 40 раз больше флуоресцентного зеленого белка, чем доставил вирус.
Хотя результаты предоставили убедительные доказательства того, что импульсы помогли вирусу проникнуть в клеточные стенки, Боске говорит, что команде еще предстоит выяснить, как именно этот процесс работает на молекулярном уровне.
«Об электрическом импульсе известно достаточно, и я думаю, мы можем с уверенностью сказать, что он открывает нанопоры через клеточную мембрану», — говорит он. «Но Яо получил этот замечательный результат, который показал нам, что вирусные частицы обычно крупнее и сложнее, чем голые молекулярные частицы, и у них уже есть свой собственный путь проникновения в клетки». Итак, мы действительно не знаем, так ли это. открытые поры, которые имеют к нему какое-то отношение прямо или косвенно».
Соллинджер умер в 2023 году. в мае, но команда заявляет, что ее наследие будет жить, поскольку исследования этого проекта и работа других групп продолжаются. Исследователи в области электротехники предпринимают следующие шаги и надеются, что эта технология в конечном итоге дойдет до клинических испытаний.
Яо, которая закончит обучение в 2024 году, говорит, что знала, что исследование будет междисциплинарным, но не осознавала, насколько далеко оно зайдет.
«По образованию я инженер-электрик, и у меня нет биологического образования», — говорит она. «Последний раз я пользовался микроскопом в старшей школе. Это была довольно крутая кривая обучения: научиться культивировать клетки и выполнять биологические протоколы. Но мне очень понравился проект и понравилась его главная цель — сделать мир лучше».
