Глазные капли с экзосомами семенной жидкости доставляют противораковый препарат в опухоль сетчатки

Ретинобластома — злокачественная опухоль сетчатки, возникающая преимущественно в детском возрасте. Она трудно поддается лечению из-за своего анатомического расположения и хрупкости тканей глаза. Современные методы терапии нередко приводят к пожизненным осложнениям из-за повреждений глаза в ходе лечения. Авторы статьи в Science Advances разработали глазные капли на основе экзосом семенной жидкости свиней, котороые неинвазивно доставляют систему генерации активных форм кислорода (АФК) в раковые клетки и запускают их гибель. 

Задний сегмент глаза защищен гематоретинальным барьером и эпителием роговицы, которые сильно ограничивают проникновение лекарств. Перспективным носителем для доставки препаратов через биологические барьеры считаются экзосомы, и ученые предложили использовать их для доставки терапевтических агентов в клетки ретинобластомы. 
С помощью ультрацентрифугирования авторы выделили экзосомы из свиной спермы и встроили в них углеродные точки. Анализ диффузии, проведенный ex vivo на роговице кролика, показал, что за 10 часов около 14% экзосом проникает в роговицу. Это значимо превышало показатели углеродных точек самих по себе, контрольных экзосом, полученных из клеток ретинобластомы, или липосом с протамином. 

Затем ученые нанесли препарат на роговицу мышам и проанализировали, как распределяется флуоресцентный сигнал углеродных точек. В тканях необработанного глаза наблюдалась незначительная фоновая автофлуоресценция. После нанесения экзосом с углеродными точками сигнал быстро накапливался в заднем сегменте глаза; он достигал пика через шесть часов и снижался до исходного уровня к 24 часам. Свободные углеродные точки и контрольные экзосомы проникали в глаз намного слабее. 
Проникновение глазных капель в задний сегмент глаза осуществляется двумя путями: через роговицу (роговица — водянистая влага — стекловидное тело — сетчатка) и через конъюнктиву (конъюнктива — склера — хориоидея — сетчатка), причем оба пути защищены эпителиальными барьерами. Ученые показали, что экзосомы спермы используют оба этих пути и преодолевают эпителиальные барьеры. 

Скрининг белков, связанных с проникновением экзосом через глазной барьер, показал, что на проницаемость влияет в первую очередь эпидермальный фактор роста (EGF). Функциональный анализ подтвердил его роль. Авторы предполагают, что для применения в клинике свиной EGF можно будет заменить на человеческий гомолог. 

В качестве терапевтического агента ученые выбрали углеродные точки (наночастицы) с пероксидазной активностью, способные генерировать АФК. Они позволяют локально индуцировать гибель раковых клеток. Для того, чтобы усилить их действие, исследователи синтезировали систему наноферментов, состоящую из углеродных точек, диоксида марганца и глюкозооксидазы. Система, обозначенная как CMG, действует по следующему принципу: диоксид марганца окисляет глутатион с выделением Mn²⁺ и O₂, а глюкозооксидаза использует высвободившийся O₂ и глюкозу для выработки H₂O₂. Для нацеливания на клетки ретинобластомы авторы выбрали фолиевую кислоту, которой покрыли экзосомы с заключенными в них углеродными точками и CMG.  

Авторы отследили выработку АФК в культуре клеток ретинобластомы и показали, что экзосомы, загруженные терапевтическими частицами, вызывают в них окислительный стресс. Он сопровождался накоплением продуктов перекисного окисления липидов — характерным признаком ферроптоза. Также в раковых клетках повреждались митохондрии и усиливалась аутофагия, причем вместо защиты (утилизации поврежденных митохондрий) она оказывала цитотоксическое действие. 

Наконец, ученые протестировали разработку на мышах. Им в сетчатку подсаживали клетки ретинобластомы, экспрессирующие флуоресцентный белок. У животных развивалось заметное помутнение глаз, на 30-й день наблюдалась выраженная неоваскуляризация и помутнение хрусталика. Глазные капли существенно снижали флуоресцентный сигнал, и глаза мышей сохраняли прозрачность, близкую к нормальной, а гистологический анализ дополнительно подтвердил сохранность их тканей. Электроретинография сетчатки показала почти полную утрату ее функции у нелеченных мышей. Сетчатка животных, которым закапывали лекарство, сохранила почти физиологичные реакции. Биосовместимость и распределение препарата в тканях также соответствовали критериям безопасности; их дополнительно подтвердили на кроликах. 

Авторы работы создали первую в своем роде платформу на основе экзосом семенной жидкости для неинвазивной доставки препаратов в задний сегмент глаза. Они рассчитывают, что предложенный подход улучшит лечение ретинобластомы и других труднодоступных поражений глаза. 

Генная терапия подсвечивает раковые клетки и убивает в них митохондрии