Новая система адресно доставляет Cas9 в очаг воспаления и регулирует его активацию

Редактирование генома при помощи системы CRISPR-Cas9 — перспективный подход к лечению ряда генетических заболеваний. Ученые считают, что эту систему можно также использовать для борьбы с трудноизлечимыми воспалительными заболеваниями. Тем не менее, существует ряд ограничений для применения белка Cas9 дикого типа, связанных с безопасностью для пациентов. Так, доставка CRISPR-Cas9 при помощи аденоассоциированных вирусов приводит к неспецифическому накоплению компонентов этой системы в различных органах, таких как печень, сердце, мозг и скелетная мускулатура. Это, в свою очередь, повышает риск нецелевой (off-target) активности. Поэтому в настоящее время ведутся разработки в области регуляции активности Cas9 в организме пациента.

Одной из таких разработок стала основанная на CRISPR-Cas9 наносистема, которую авторы работы назвали NanoProCas9. Она сочетает в себе адресную доставку и регулируемую активацию Cas9. В состав NanoProCas9 входят катионный полимер поли-(β-аминоэфир) (poly(β-amino ester), PBAE), который связывает плазмидную ДНК, кодирующую дестабилизированную нуклеазу Cas9 (dsCas9). Комплекс PBAE/плазмида покрывает слой, схожий с мембранной макрофага, для адресной доставки к очагу воспаления. Также в состав системы входят чувствительные к активным формам кислорода (АФК) молекулы-предшественники BAM-TK-TMP, заякоренные на мембране.

При введении NanoProCas9 в кровь наночастицы адресно доставляют dsCas9 в очаги воспаления, где АФК активируют молекулы-предшественники и выпускают триметоприм (TMP). TMP стабилизирует dsCas9, что приводит к ее активации и редактированию генома в клетках очага воспаления.

Для оценки эффективности разработанной системы in vivo авторы работы сконструировали наносистему NanoProCas9, нацеленную на ген PHD2 в очагах воспаления. Опыты проводились на мышах. После индукции колита при помощи натриевой соли сульфата декстрана им в кровоток вводили NanoProCas9.

Авторы подтвердили эффективность адресной доставки предложенной системы. Через сутки после введения в кровоток ее частицы накапливались преимущественно в толстом кишечнике мышей с колитом, в то время как в организме здоровых мышей наночастицы довольно быстро улавливались макрофагами и накапливались в печени, селезенке и легких.

Новая система позволила снизить патологическое воздействие колита на организм мышей. Они оказались защищены от сокращения длины толстой кишки и потери веса. Индекс активности болезни, основанный в данном случае на измерениях потери веса, консистенции кала и ректальном кровотечении, значимо снижался после терапии наночастицами NanoProCas9 в сравнении с мышами из контрольной группы.