Лечебные РНК научились доставлять в клетки ультразвуком
Американским ученым удалось доставить молекулы РНК в слизистую оболочку кишечника живых мышей с помощью ультразвука. Результаты работы опубликованы в журнале Gastroenterology.
Доставка РНК в клетки позволяет регулировать их функции, нарушенные при различных заболеваниях. В зависимости от типа РНК можно запустить в клетке синтез желаемого белка или повлиять на экспрессию какого-либо гена. При этом доставить нуклеиновую кислоту в клетку весьма сложно из-за большого размера молекулы. Работу осложняет и присутствие ферментов нуклеаз, быстро расщепляющих РНК.
Сотрудники Массачусетского технологического института и Бостонской детской больницы ранее обнаружили, что проницаемость мембран клеток кишечника для небольших лекарственных молекул можно повысить с помощью эффекта нестационарной кавитации. Он заключается в том, что под действием ультразвука с заданными параметрами в жидкости происходит образование небольших пузырьков, которые быстро схлопываются и «проталкивают» молекулы внутрь клетки. Ученые решили выяснить, подходит ли подобный метод для доставки в клетки макромолекул, в частности РНК.
В эксперименте они использовали мышиную модель синдрома раздраженного кишечника — тяжелого хронического воспалительного заболевания толстой кишки. Животным с помощью клизмы вводили раствор малых интерферирующих РНК (миРНК), которые блокируют трансляцию матричной РНК (мРНК) одного из важнейших медиаторов воспаления — фактора некроза опухолей альфа (ФНО-α). Одновременно с этим на раствор действовали полусекундными импульсами ультразвука с частотами от 20 до 100 килогерц.
В результате этого продукция ФНО-α в слизистой оболочке толстой кишки снизилась в 7–10 раз, что практически полностью устранило ее воспаление. Мыши переносили процедуру хорошо, несмотря на острый воспалительный процесс. Введение миРНК без воздействия ультразвуком эффекта не производило.
После этого исследователи провели эксперимент с более крупными молекулами. Они вводили в кишечник мышей мРНК, кодирующую фермент люциферазу, и ее субстрат D-люциферин. При окислении люциферазой люциферин испускает видимый свет (это явление носит название биолюминисценции). Под действием ультразвука мРНК и люциферин проникли в клетки, которые начали синтезировать люциферазу и светиться. Интенсивность биолюминисценции слизистой оболочки кишечника при использовании ультразвука оказалась в 11 раз больше, чем без него.
Получив подобные результаты, ученые создали компанию Suono Bio для дальнейшей разработки, клинических испытаний и коммерциализации технологии. В настоящее время они работают над созданием капсул для приема внутрь, которые содержат и заданную РНК, и источник ультразвуковых импульсов. Подобное устройство должно избавить врачей и пациентов от необходимости использования клизм и вводимых ректально генераторов ультразвука.
Малые интерферирующие РНК относятся к большому семейству некодирующих РНК, которые не принимают непосредственного участия в синтезе белка на матрице ДНК, но являются важными регуляторами многих внутриклеточных процессов и принимают участие в развитии различных заболеваний.
Олег Лищук
Он предназначен для исследования гипертермии
Компания Thermetrics разработала термический манекен ANDI, который предназначен для имитации тепловых свойств тела человека. Манекен может выделять тепло с помощью нагревательных элементов, а также имитировать потоотделение и дыхание. Множество сенсоров, размещенных в 35 зонах по всему корпусу манекена, позволяют контролировать температуру и измерять тепловые потоки в реальном времени. Манекен будет использоваться учеными в исследованиях воздействия теплового стресса и гипертермии на человека, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Всемирная метеорологическая организация недавно сообщала, что за последние 40 лет волны жары стали случаться в шесть раз чаще. Можно ожидать, что в будущем во многих регионах планеты люди столкнутся с новой климатической нормой, в которой придется приспосабливаться к жизни в условиях, когда температура воздуха достигает 40 градусов Цельсия и выше на протяжении длительных промежутков времени. Известно, что высокие температуры воздуха могут представлять угрозу для здоровья и жизни человека. Однако точные механизмы и последствия воздействия жары на сегодняшний день изучены недостаточно хорошо. В связи с этим возрастает интерес ученых к изучению последствий воздействия теплового стресса на человеческий организм. В опасных для здоровья человека исследованиях, в которых требуется воспроизведение поведения человеческого тела, вместо людей зачастую используются манекены. К примеру, манекены много лет успешно выполняют роль пассажиров при испытаниях автомобилей. По этой же причине ученые из Университета штата Аризона вместо того, чтобы подвергать риску здоровье людей, в проводимых ими исследованиях воздействия теплового стресса на человеческий организм решили воспользоваться испытательным манекеном. Для этого компания Thermetrics, занимающаяся разработкой тепловых манекенов для тестирования спортивной одежды, создала симулирующий человеческую физиологию роботизированный манекен ANDI. Рост ANDI составляет 178,5 сантиметров, а масса — 35 килограмм. Его тело разделено на 35 независимых термических зон. Они снабжены сенсорами и индивидуальными нагревательными элементами, с помощью которых можно имитировать тепловыделение человеческого тела, контролировать температуру и динамически измерять теплопотери и получаемое тепло в режиме реального времени. По всей поверхности манекена размещено множество выходных отверстий системы искусственного потоотделения. Также в манекен встроена система имитации дыхания, которая позволяет контролировать влажность и температуру входящего и выходящего воздуха. Руки и ноги манекена имеют подвижные соединения, поэтому, используя внешние приводы для актуации, исследователи могут управлять манекеном, имитируя ходьбу или другую физическую активность. Скорость отвода тепла можно регулировать за счет встроенной системы водяного охлаждения. Исследователи могут задавать параметры, моделирующие тепловые особенности характерные для людей разного возраста, физического состояния и здоровья. Например, уровень потоотделения пожилого человека будет ниже, чем у молодого спортсмена. https://www.youtube.com/watch?v=ivAQvkoft9o&t=59s Исследования с ANDI можно проводить не только в тепловой камере, но и в естественных условиях. Ученые надеются, что данные, собранные с помощью теплового манекена, помогут им выработать рекомендации для широкого круга людей, которые снизят риски для здоровья. Кроме этого, результаты исследования помогут в создании одежды или других средств индивидуальной защиты для смягчения влияния жары на здоровье людей в условиях меняющегося климата. Рост окружающей температуры сказывается и на образовательной системе. Ученые выяснили, что повышение среднегодовой температуры воздуха и увеличение количества жарких учебных дней приводят к снижению школьной успеваемости.