Генную терапию предложили вводить в форме пены

Американские исследователи провели серию экспериментов на культурах клеток и мышах и выяснили, что использование пены для доставки различных геннотерапевтических препаратов значительно повышает их эффективность и безопасность по сравнению с обычной суспензией. Отчет о работе опубликован в журнале Nature Communications.

Жидкая пена представляет собой дисперсную систему из газа (дисперсной фазы) и жидкости (дисперсионная среда). Как правило, на газ приходится большинство объема, что на много порядков увеличивает площадь поверхности жидкости для эффективного взаимодействия с возможным субстратом, при этом время контакта продляется, а концентрация вещества, растворенного в тонких пленках жидкости, значительно повышается. Эти свойства пен широко используют для нанесения косметических средств и низкомолекулярных лекарств, однако в качестве средств доставки крупных биомолекул их пока не применяли.

Сотрудники из Онкологического исследовательского центра имени Фреда Хатчинсона под руководством Маттиаса Стефана (Matthias Stephan) решили испытать пену для доставки различных форм геннотерапевтических препаратов. В качестве возможных основ они выбрали безопасные с точки зрения FDA и производимые промышленно метилцеллюлозу, казеинат натрия и человеческий сывороточный альбумин; для стабилизации к ним добавляли ксантановую камедь.

Для скрининга in vitro исследователи изготовили липидные наночастицы с противоковидной мРНК-вакциной mRNA-1273, в которой ген вирусного антигена заменили геном биолюминесцентной люциферазы. Из них изготовили суспензию или пену с каждой из экспериментальных основ. Их наносили на клеточную культуру в чашках Петри, расположенных горизонтально (так, что жидкость не стекает) и под наклоном (что ближе к условиям реального применения), и инкубировали в течение двух часов. Выяснилось, что наиболее эффективным средством доставки служит пена из метилцеллюлозы: на горизонтальной поверхности она обеспечивала уровень трансфекции (по интенсивности люминесценции) в 2,9 раза, а на наклонной — в 384 раза больше, чем суспензия, без влияния на выживаемость клеток. Ее и выбрали для дальнейших опытов.

Микроструктурная характеризация метилцеллюлозной пены показала, что на исходном уровне среднее количество пузырей в ней составляет 95,3 ± 4,2 на квадратный миллиметр, а средняя площадь пузыря — 10528 ± 455 квадратных микрометров. Более крупные пузыри со временем росли в размерах за счет диффузии воздуха из более мелких, так что через 10 часов инкубации при комнатной температуре эти показатели составили 25,7 ± 6,7 на квадратный миллиметр и 41597 ± 9387 квадратных микрометров; высота пены уменьшалась до 78 ± 9 процентов от максимальной. Липидные наночастицы распределялись в ней относительно гомогенно.

При введении мышам внутрибрюшинно пена с мРНК-содержащими наночастицами в общем случае обеспечивала в среднем в 3,2 раза более высокий уровень трансфекции, чем суспензия, и в 2,94 и 3 раза — в брюшинных и селезеночных макрофагах, причем трансфекция была более равномерной. Клинически значимых местных и системных токсических эффектов при этом не наблюдалось.

На следующей стадии экспериментов мышам внутрибрюшинно вводили ген люциферазы на лентивирусном векторе в дозе 4 × 10⁶ векторных частиц, помещенных в фосфатно-солевой буферный раствор или метилцеллюлозную пену. Через двое суток уровень переноса гена in situ при использовании пены был в среднем в 10,2 раза выше. Эта разница сохранялась примерно на таком же уровне (в среднем в 9,8 раза) на протяжении четырех недель после инъекции. При этом пена действовала преимущественно локально: отношение концентрации вектора в полости брюшины и периферической крови при ее использовании было в 89,4 раза выше, а офф-таргетная вирусная нагрузка в периферической крови — в 2,9 раза ниже, чем при введении суспензии.

Таким образом, метилцеллюлозная пена в перспективе может стать безопасным, доступным, гибким и широко применимым способом локальной или внутриполостной доставки геннотерапевтических препаратов в различных клинических условиях, заключают авторы работы.

Ранее британские исследователи показали, что пена, производимая тунгарскими лягушками (Engystomops pustulosus), может служить биосовместимой системой для медленного высвобождения антибиотиков, которую можно применять, к примеру, для лечения ожогов.