Университет «Сириус»

Создание новых векторов для доставки нуклеиновых кислот в клетку

О проекте

Липоплексы и полиплексы являются двумя хорошо известными невирусными системами доставки генов. Липоплексы представляют собой супрамолекулярные комплексы нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) с липосомными бислоями, а полиплексы состоят из полиоснований и нуклеиновых кислот. Комплексообразование нуклеиновых кислот с липосомами или полиоснованиями защищает их от разрушения сывороткой в межклеточной среде. Использование этих комплексов в генной терапии основано на гипотезе, что они более эффективно адсорбируются на анионной плазматической мембране клеток млекопитающих посредством электростатических взаимодействий. По сравнению с другими невирусными системами доставки, липоплексы и полиплексы имеют тенденцию вызывать более высокий уровень трансфекции в многочисленных клеточных линиях. Хотя механизм их действия был тщательно изучен, он до сих пор остается предметом активного обсуждения в литературе. Эндоцитоз был установлен в качестве основного механизма, позволяющего интернализовать липоплексы и полиплексы внутри клетки. Оказавшись внутри, рН эндосомных компартментов падает с рН 7 до 5,5, и часть связанных нуклеиновых кислот выходит из эндосом в цитозоль. В настоящее время считается, что первоначальное высвобождение ДНК в цитоплазму опосредуется дестабилизацией эндосомной мембраны катионными липидами. Полиоснования лишены гидрофобного домена и поэтому не могут сливаться с эндосомой или напрямую взаимодействовать с эндосомальной мембраной, как и в случае катионных липидов. Гипотеза так называемой «протонной губки» была предложена для объяснения высокой эффективности трансфекции полиплексов на основе поли(этиленимина) (PEI). Рентгеноструктурные измерения показали, что липофлексы могут образовывать два типа морфологий, а именно многослойную структуру с монослоями ДНК, расположенными друг над другом, между катионными мембранами, и инвертированную гексагональную структуру с ДНК, инкапсулированной в катионных липидных монослойных трубках. В литературе постулируется, что образование таких структур облегчает процесс трансфекции, однако простой и прямой корреляции между структурой и эффективностью трансфекции до сих пор не найдено. Рентгеновские измерения были проведены на образцах, центрифугированных из дисперсий. Липоплексы и полиплексы обычно доставляются к клеткам в форме частиц. Однако сомнительно, что эти частицы имеют ту же морфологию, что и их объемные фазы.

Руководитель

Дмитрий Анатольевич Иванов

Дмитрий Анатольевич Иванов

Кандидат физико-математических наук, научный руководитель направления «Биоматериалы» Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус», профессор, заведующий лабораторией перспективных материалов для биомедицины и энергетики ИПХФ РАН, заведующий лабораторией инженерного материаловедения МГУ

 

Актуальность проекта

Разработка новых систем трансфекции клеток для применения с целью редактирования генома животных, а также для создания генотерапевтических лекарственных препаратов и гентически модифицированных биомедицинских клеточных продуктов. Разрабатываемые невирусные вектора будут состоять из везикул комплексов амфифильных оснований секторообразной формы с нуклеиновыми кислотами, которые должны иметь высокую эффективность трансфекции. Используя информацию о внутренней морфологии и микроструктуре этих объектов и имея обратную связь от биологических испытаний новых векторов в Научном центре генетики и наук о жизни, будет получена уникальная возможность разработки высокоэффективных векторов для доставки генов.

Научная и практическая значимость проекта

Успех генной терапии в значительной степени зависит от эффективности вектора или носителя, который может избирательно и эффективно доставлять ген в клетки-мишени, обладая при этом минимальной токсичностью. Вирусы эффективны в трансдукции клеток. Однако проблемы безопасности, связанные с использованием вируса у людей, делают невирусные системы доставки привлекательной альтернативой.

Высокоэффективная и нетоксичная система доставки нуклеиновых кислот в клетки млекопитающих является крайне востребованной платформенной технологией для редактирования генома сельскохозяйственных животных и для генетической модификации биомедицинских клеточных продуктов. Предполагается создание продукта, предназначенного для исследовательских центров, ведущих работы в данном направлении. Возможно лицензирование технологии крупным корпорациям, являющимся лидерами на рынке реагентов для молекулярно-биологических исследований.

Ожидаемые результаты

Высокоэффективная и нетоксичная система доставки нуклеиновых кислот в клетки млекопитающих.

Другие проекты