Японские ученые улучшили возможности доставки лекарств в скелетные мышцы

Новую молекулу, цвиттерионный полимерный комплекс (CA-PVIm), который может помочь ввести лекарственное средство — плазмидную ДНК (pDNA) — внутрь клеток скелетных мышц для экспрессии там терапевтической РНК и белков, создали исследователи из Токийского столичного университета (TMU), 27 июля сообщил сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.

Новое соединение, относящееся к цвиттерионным полимерам, молекулярные цепи которых имеют равные катионные и анионные группы, эффективно связываясь с плазмидной ДНК, образует с ней полиионный комплекс (PIC), не оказывая при этом влияния на ее структуру.

При введении такого PIC в мышцы мыши происходило широкое распространение экспрессии генов, что показывает перспективу его применения в лечении серьезных заболеваний мышц.

Многие клинические достижения в настоящее время основаны на инновационных методах доставки лекарств к больному органу. Так, вакцина против COVID-19 использует липидные наночастицы для упаковки в них информационной РНК (мРНК) и переноса их в клетки с помощью процесса, называемого эндоцитозом.

Доставленная наночастицей внутрь клетки мРНК высвобождается посредством «эндосомального выхода», до того как клеточный механизм «переведет» ее в антигены, которые спровоцируют иммунный ответ.

При успешности в целом использования таких методов сохраняются проблемы, например, нежелательная агрегация (слипание) молекулы-носителя. Для решения этой проблемы команда из TMU под руководством профессора Шоичиро Асаямы изучает использование полиионов (полимеров с электрическим зарядом) для доставки в клетки плазмидной ДНК (небольшие молекулы ДНК, физически обособленные от хромосом и способные к автономной репликации).

Доставленную таким способом pDNA можно транскрибировать (скопировать) в матричную РНК или транслировать в белки (синтезировать белок на матрице РНК), что делает такой комплекс универсальным средством для терапии.

Представляя собой отрицательно заряженные полимеры, pDNA могут связываться с положительно заряженными полиионами, но при использовании большого количества положительно заряженных полимеров их заряд может сделать их токсичными для клеток.

Поэтому исследователи обратились к изучению цвиттерионов, то есть соединений с положительным зарядом на одной стороне и отрицательным — на другой. Команда разработала цвиттерионное полимерное соединение (CA-PVIm) с имидазолиевым катионом, которое может образовывать комплекс с pDNA.

Преимущество имидазолиевых групп в том, что положительный заряд распределен по кольцу атомов, что позволяет им прочно связываться с pDNA. Отрицательно заряженные участки состоят из карбоксильных групп, разделенных короткой углеводородной цепью; их добавляли в полимерную цепь в различных пропорциях.

Предварительные эксперименты показали, что это новое соединение содержит слой связанных молекул воды в растворе, что может сделать его биоинертным. Далее было установлено, что pDNA успешно образовывает комплексы с CA-PVIm, причем сложная иерархическая структура pDNA сохраняется.

Проведенное испытание на мышечной ткани мышей показало, что по сравнению с доставкой обычной pDNA, экспрессия генов в случае использования CA-PVIm происходит на значительно более широкой площади. Это доказало, что этот комплекс успешно поглощается клетками и pDNA выходит из эндосом.

Исследователи определили оптимальную структуру комплекса, в которой 7% доступных участков были заряжены отрицательно (CA (7)-PVIm), что давало наибольший эффект.

Поскольку использование CA-PVIm обеспечивает доставку лечебного груза большим мышечным массам, полученные исследовательской командой результаты работы могут быть использованы для разработки новых методов терапии серьезных мышечных заболеваний.

Свои результаты команда представила в статье «Диффузионная доставка плазмидной ДНК с использованием цвиттерионного карбоксиалкилполи (1-винилимидазола) в скелетные мышцы in vivo», опубликованной в журнале Biomaterials Science.