Нанокапсулы доставят систему CRISPR-Cas9 для терапии глиобластомы в мозг

Большинство современных систем по доставке CRISPR-Cas9 в мозг используют вирусные векторы, которые обладают такими недостатками, как низкая вместимость, иммуногенность и опасность индуцирования мутаций. Основная проблема систем доставки в мозг — преодоление гематоэнцефалического барьера. Международная группа ученых получила нанокапсулы для неинвазивной доставки терапевтического комплекса Cas9/гидРНК. Авторы показали эффективность новой системы для лечения глиобластомы у мышей.

Нанокапсула состоит из тонкой полимерной оболочки с лигандами, которые связывают рецепторы LRP-1, содержащиеся в большом количестве на эндотелиальных клетках гематоэнцефалического барьера и на глиобластоме. Эти нанокапсулы формируются с помощью in situ полимеризации. Их средний гидродинамический диаметр составляет 31 нм, каждая капсула содержит один комплекс Cas9/гидРНК. Полимерная оболочка содержит дисульфидные связи, которые разрушаются внутри клетки в присутствии большого количества глутатиона, что высвобождает груз. Захват нанокапсул клеткой и высвобождение комплекса Cas9/гидРНК продемонстрировали на клеточной линии глиобластомы U87MG. На ней же показали возможность редактировать ген люциферазы.

В качестве цели редактирования выбрали ген PLK1, который играет важную роль при митозе и экспрессируется в больших количествах во многих опухолях. Ингибирование PLK1 подавляет пролиферацию клеток глиобластомы и приводит к апоптозу. Авторы упаковали в нанокапсулы гидРНК, таргетирующую PLK1, и добавили к клеткам U87MG. Эффективность редактирования составила 36,6%, при этом снижение экспрессии белка достигало 53%. Через 72 часа в 37,4% клеток был запущен апоптоз.

Исследователи продемонстрировали на in vitro моделях, что нанокапсулы хорошо преодолевают гематоэнцефалический барьер и могут проникать вглубь глиобластомы. После этого перешли к испытаниям на мышах BALB/c. Изучение фармакокинетики показало, что нанокапсулы, введенные внутривенно, достаточно долго могут существовать в крови, в то время как свободный комплекс Cas9/гидРНК элиминируется быстро. При внутривенном введении нанокапсулы преодолевают гематоэнцефалический барьер (вероятно, путем трансцитоза) и проникают в опухоль, находящуюся в мозге мыши. Также авторы продемонстрировали нокаут гена люциферазы in vivo. Схожие результаты были получены на иммунокомпетентных мышах C57BL/6.

При введении терапевтического комплекса с гидРНК, нацеленной на PLK1, рост опухоли в мозге мышей замедлился. При этом вес значимо не снизился, в отличие от контролей, у которых снижение веса коррелировало с быстрым ростом опухоли. После терапии средняя выживаемость составляла 68 дней против 22–24 дней у контролей. Авторы подтвердили, что замедление роста опухоли происходило благодаря снижению экспрессии PLK1. Эффективность генного редактирования составляла 33,8%. Хорошие результаты также были показаны на мышах с ксенографтами, полученными от пациентов.

Для того, чтобы проверить безопасность системы, исследователи выявили сайты, где потенциально может произойти нецелевое редактирование. Частота мутаций в этих сайтах была ниже 0,5% как в опухолевых, так и в нормальных тканях, включая ткани почек и печени. Таким образом, была продемонстрирована безопасность нового метода доставки CRISPR-Cas9 для терапии глиобластомы у мышей.