Наночастицы с микроРНК снизят риск ампутации конечности при остеосаркоме

Авторы статьи, опубликованной в Advanced Materials, предложили повысить эффективность лечения остеосаркомы с помощью гидрогеля, содержащего микроРНК. Остеосаркома — высокоагрессивный рак кости, в основном поражающий детей и подростков. Современная химиотерапия имеет серьезные побочные эффекты и не излечивает заболевания. Хирургическое вмешательство обычно подразумевает полную реконструкцию конечностей или — в большинстве случаев — ампутацию. Кроме того, как химиотерапия, так и остеосаркома нарушают гомеостаз костной ткани и снижают ее регенеративный потенциал. Поэтому важна любая стратегия, которая будет стимулировать процессы ремоделирования в окружающей кости после хирургического вмешательства.

МикроРНК, ключевые регуляторы экспрессии генов, играют решающую роль в инициации и прогрессировании многих онкозаболеваний. Члены семейства микроРНК-29 (miR-29a, miR-29b, miR-29c) подавляются при различных типах рака. В свою очередь, miR-29b оказывают подавляющее действие на опухоль и способствует дифференцировке остеобластов путем подавления сигналов фактора роста опухоли бета 3 (TGF-β 3), тем самым стимулируя регенерацию. Кроме того, miR-29b ингибирует ангиогенез, иными словами, не стимулирует рост сосудов, что могло бы ускорить рост опухоли или метастазирование. Ранее был продемонстрирован терапевтический потенциал этой микроРНК при раке предстательной железы и раке шейки матки.

Однако необходимо решить проблему доставки микроРНК в пораженные ткани. Перспективной представляется доставка в гидрогеле, который можно ввести инъекционно в нужное место. Кроме того, авторы нового исследования синтезировали наночастицы из поли-бета-аминоэфиров (pBAE), которые доставляют микроРНК в опухолевые клетки. Наночастицы поли-бета-аминоэфиров обладают низкой токсичностью и хорошей биосовместимостью: полимер из сложноэфирных групп гидролизуются в цитоплазме клеток. Если липидные наночастицы инкапсулируют РНК, то полимерные цепи удерживают молекулы РНК за счет электростатического взаимодействия, что повышает эффективность загрузки.

Чтобы синтезировать наночастицы, сначала амины присоединяли к диакрилатам, а затем полимер взаимодействовал с концевыми тиоловыми группами полипептида аргинина. Полученный комплекс нагружали miR-29b. При массовом соотношении полимерного комплекса и miR-29b 100:1 средний размер наночастиц составил 151 ± 2 нм, в буферном растворе они сохраняли стабильность долгое время, поэтому в дальнейшем использовали именно такие наночастицы.

Для проверки действия наночастиц с miR-29b in vitro клетки остеосаркомы человека трансфицировали наночастицами в течение 4 ч. В трансфицированных клетках значительно снизилось содержание ДНК по сравнению с контролями. Также авторы выявили тенденцию к увеличению доли клеток, подвергшихся раннему апоптозу, и снижение количества жизнеспособных клеток остеосаркомы через 3 дня после трансфекции. Обнадеживающий результат был получен и на сфероидах, выращенных из мезенхимальных стволовых клеток и клеток остеосаркомы. Ученые предположили, что miR-29b инициирует апоптоз через ингибирование экспрессии белка Bcl-2 и усиление экспрессии Bax.

Авторы разработали инъекционную систему на основе гиалуроновой кислоты для локального и длительного высвобождения наночастиц с miR-29b. Они показали in vitro, что 50% частиц высвобождается быстро, в течение первых 24 ч, а 100%-ное высвобождение достигается лишь через 15 дней.

Мышам с остеосаркомой вводили в место опухоли гидрогель с наночастицами, содержащими miR-29b, отдельно или совместно с внутривенным доксорубицином, два раза в неделю в течение трех недель. У животных, получавших наночастицы с miR-29b отдельно или вместе с доксорубицином, опухоли росли значительно медленнее, чем у контрольных особей. При введении наночастиц с miR-29b и доксорубицина авторы зарегистрировали к 15-му дню уменьшение объема опухоли на 45% по сравнению с одним доксорубицином; продолжительность жизни мышей выросла по сравнению с контролями. Например, 50%-ная выживаемость мышей увеличилась с 24 дней (только химиотерапия) до 32 дней (комбинированная терапия). Гидрогель с наночастицами miR-29b также снижал остеолиз кости, вызванный химиотерапией и первичной опухолью, и нормализовал гомеостаз в окружающих тканях после двух недель лечения.

Ученые предположили, что доставка микроРНК с помощью наночастиц в гидрогеле может стать частью комбинированных методов лечения остеосаркомы.

Гены предрасположенности к саркомам у детей можно выявлять секвенированием опухоли