Eksperimentālās ārstēšanas grupas, kurās iesaistīti hepatocīti, kas pakļauti dažādām AAV, AAV* devām (AAV, kas iepriekš apstrādātas ar EP) vai plazmīdām, ar vai bez elektriskā lauka impulsa (EP) iedarbības.
Cenšoties uzlabot dārgu ārstniecības līdzekļu piegādi, Viskonsinas-Medisonas Universitātes elektroinženieru pētnieku komanda ir izstrādājusi stimulācijas metodi, kas varētu padarīt cilvēka ķermeni uzņēmīgāku noteiktām gēnu terapijām.
Pētnieki pakļāva aknu šūnas īsiem elektriskiem impulsiem, un šie maigie triecieni lika aknu šūnām uzņemt vairāk nekā 40 reizes vairāk gēnu terapijas materiāla, salīdzinot ar šūnām, kuras nebija pakļautas impulsa elektriskajiem laukiem. Šī pieeja varētu palīdzēt samazināt šo ārstēšanas devu, padarot tās daudz drošākas un pieejamākas. Pētījums parādās žurnālā PLOS ONE.
Gēnu terapija ir daudzsološa medicīnas tehnoloģija: mainot, mainot vai ievadot jaunu ģenētisko materiālu pacienta šūnās, ārsti var izārstēt vai kompensēt ģenētiskās slimības, tostarp cistisko fibrozi, sirpjveida šūnu slimību, hemofiliju un diabētu.
Tomēr viens no gēnu terapijas šķēršļiem ir pareizas ģenētiskā materiāla devas nokļūšana mērķa šūnās. UW-Madison pētījumi liecina, ka mērenas stiprības elektriskā lauka izmantošana, kas neatstāj ilgstošus bojājumus šūnām, kuras to saņem, varētu nodrošināt efektīvāku ārstēšanu.
Projekts sākās gandrīz pirms desmit gadiem ar Hansu Sollingeru, UW-Madison transplantācijas ķirurgu. Viņš izstrādāja gēnu terapijas līdzekli 1. tipa cukura diabēta ārstēšanai, autoimūnai slimībai, kas ietekmē aizkuņģa dziedzeri, orgānu, kas ražo insulīnu.
Sollingera ārstēšanas stratēģija pārnesa insulīna ražošanas ģenētisko kodu aknu šūnās, izmantojot ar adrenovīrusu saistītu vīrusu, kas palīdz transportēt terapeitiskos gēnus cauri šūnu membrānai. Pēc tam šī DNS var atrasties aknu šūnās, ražojot insulīnu bez aizkuņģa dziedzera imūnsistēmas.
Lai gan Sollingeram bija pierādījumi, ka terapija darbojas, viņš uzskatīja, ka ārstēšanas nākotne būs atkarīga no dzemdībām. Viņš vērsās pie Sjūzenas Hegnesas un Džona Booska, abiem UW-Madison elektrotehnikas un datortehnikas profesoriem, kuriem ir pieredze cilvēka šūnu ārstēšanā ar elektriskiem impulsiem.
“Mēs sākām runāt par lokālu, mērķtiecīgu piegādi un to, vai ir veids, kā terapeitisko DNS nokļūt tieši aknās, nelaižot to cauri ķermenim un neaktivizējot imūnsistēmu,” saka Hagness. “Un vai mēs varētu izmantot elektriskos impulsus, lai padarītu šo piegādes procesu efektīvāku un ievērojami samazinātu nepieciešamo devu.”
Zinātnieki jau iepriekš ir noskaidrojuši, ka šūnu pakļaušana elektrisko lauku iedarbībai bieži vien var palielināt molekulu spēju pārvietoties pa šūnas membrānu un iekļūt šūnā. Tātad šajā nesenajā pētījumā Ph. students Yizhou Yao centās noteikt, vai šī metode palielinātu vīrusu daļiņu iekļūšanu aknu šūnās.
Izmantojot cilvēka hepatomas šūnas, parauga aknu pārbaudes sistēmu, Yao pakļāva šūnu partijas dažādām gēnu terapijas vīrusa daļiņu koncentrācijām, kas satur fluorescējošu zaļo proteīnu. Viņa izmantoja elektrodu pāri, lai dažiem paraugiem piegādātu 80 milisekundes elektrisko impulsu, pēc tam visas šūnas inkubēja 12 stundas.
Kad viņa 48 stundas vēlāk pārbaudīja rezultātus fluorescences mikroskopā, Jao atklāja, ka tikai neliela daļa šūnu, kas nebija saņēmušas elektriskos impulsus, spīd zaļā krāsā. Turpretim šūnas, kas saņēma zap, uzkrāja apmēram 40 reizes vairāk fluorescējošu zaļo proteīnu nekā vīruss.
Lai gan rezultāti sniedza pārliecinošus pierādījumus tam, ka impulsi palīdzēja atvieglot vīrusa iekļūšanu šūnu sienās, Booske saka, ka komandai vēl nav precīzi jānoskaidro, kā šis process darbojas molekulārā līmenī.
“Ir pietiekami zināms par elektrisko impulsu, lai es domāju, ka mēs varam droši teikt, ka tas atver nanoporas pāri šūnu membrānai,” viņš saka. “Bet Yao ieguva šo lielisko rezultātu, un tas mums parādīja, ka vīrusu daļiņas parasti ir lielākas un sarežģītākas nekā tukšas molekulārās daļiņas, un tām jau ir savs veids, kā iekļūt šūnās.” Tātad, mēs īsti nezinām, vai tas tā ir. atvērtas poras, kurām ir kāds sakars ar viņu tieši vai netieši.”
Solingers nomira 2023. gadā. maijā, taču komanda saka, ka tās mantojums turpinās dzīvot, jo turpināsies šī projekta un citu grupu darba izpēte. Elektrotehnikas pētnieki veic nākamos soļus un ir optimistiski, ka šī tehnika galu galā nonāks klīniskajos pētījumos.
Yao, kura absolvēs 2024. gadā, saka, ka zināja, ka pētījums būs starpdisciplinārs, taču viņa neapzinājās, cik tālu tas ies.
“Pēc izglītības esmu elektroinženieris, un man nav bioloģijas pieredzes,” viņa saka. “Pēdējo reizi pirms tam es izmantoju mikroskopu vidusskolā. Tā bija diezgan stāva mācīšanās līkne, mācoties, kā kultivēt šūnas un palaist bioloģijas protokolus. Taču man ļoti patika projekts, un man patika tā galvenais mērķis, proti, padarīt pasauli labāku.”
