Липидные наночастицы доставляют мРНК в эмбрионы мышей in utero

С развитием технологий секвенирования и пренатальной диагностики появилась возможность распознавать генетические заболевания до рождения. Заманчивая перспектива — начать лечение ребенка в утробе матери, пока патология не стала необратимой. Для многих заболеваний для этого даже не нужно вносить изменения в геном, достаточно доставить мРНК нормального белка в клетки плода. При доставке мРНК с помощью вирусной системы существует риск встраивания вектора в геном пациента. Исследователи из Детской больницы Филадельфии и Пенсильванского университета предложили невирусную систему доставки, основанную на ионизируемых липидных наночастицах.

Сначала ученые создали липиды, которые можно подвергнуть ионизации. Ионизация способствует выходу липидных наночастиц из эндосом и успешной доставке полезной нагрузки в цитозоль. Липиды имели алкильные хвосты различной длины и полиаминные ядра различного состава. На основе этих липидов ученые составили библиотеку из 14 липидных наночастиц. В их состав входили также холестерин, фосфолипид 1,2-диолеоил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин (DOPE), конъюгаты PEG с липидами и мРНК.

Ученые протестировали липидные наночастицы на беременных мышах. Наночастицы с мРНК люциферазы вводились в эмбрионы мышей на 16 день гестации через желточную вену. Люминесцентный сигнал был получен только от эмбрионов, но не от материнских тканей. Наиболее сильный люциферазный сигнал детектировался при использовании вариантов наночастиц A-1, A-3, B-3 и B-4.

Самые удачные липидные наночастицы сравнили с существующими невирусными системами доставки — DLin-MC3-DMA (MC3), одобренной FDA, и jetPEI, проходящей клинические испытания. Было показано, что вариант A-3 вызывает в 75 раз более сильную люминесценцию в эмбрионах, чем jetPEI, а A-3 и B-3 — в 3,5 и 4 раза более сильную люминесценцию, чем MC3. Наиболее яркий сигнал был отмечен в печени эмбрионов; в почках и сердце люцифераза почти не детектировалась. При использовании наночастиц A-3, B-3 и B-4 сигнал также регистрировался в легких и кишечнике. Пик люминесценции достигался через 4 часа после инъекции, через 24 часа она заметно снижалась.

Для дальнейших экспериментов авторы оптимизировали наночастицы A-3 и B-4: липиды, входящие в их состав, были полностью насыщены, а мРНК люциферазы заменили на последовательность зеленого флуоресцентного белка (для демонстрации возможности доставки мРНК разных типов) или человеческого эритропоэтина (для подтверждения терапевтического потенциала метода). Полученные результаты хорошо согласовывались с результатами, полученными при использовании мРНК люциферазы. Во всех экспериментах липидные наночастицы A-3 были наиболее эффективны.

Также было показано, что введение липидных наночастиц не приводит к повышению смертности эмбрионов мышей двух линий, Balb/c и C57BL/6. Ученые измерили уровни аланинаминотрансферазы и аспартатаминотрансферазы для оценки состояния печени. Токсичность для печени выявлена не была. Уровень цитокинов также не был повышен, однако концентрация хемокинов KC и MIP-2 возросла у эмбрионов Balb/c, что может быть признаком воспаления. Токсичности для самих беременных мышей также не было выявлено.

Ученые надеются, что их новая гибкая нетоксичная невирусная система доставки мРНК в будущем поможет с лечением моногенных генетических заболеваний. На следующем этапе исследования они предлагают использовать животные модели человеческих заболеваний и терапевтические мРНК.