Forskere bruger nanopartikel-leveret genterapi til at hæmme blændende øjensygdom hos gnavere

I forsøg med rotter og mus, to Johns Hopkins-videnskabsmænd - en ingeniør og en øjenlæge - rapporterer om den vellykkede brug af nanopartikler til at levere genterapi for blændende øjensygdomme. Et unikt konstrueret stort molekyle gør det muligt for forskere at komprimere store bundter af terapeutisk DNA, der skal leveres ind i øjets celler.

Forskningen, beskrevet 3. juli i Videnskabens fremskridt , giver bevis for den potentielle værdi af genterapi leveret af nanopartikler til behandling af våd aldersrelateret makuladegeneration – en øjensygdom karakteriseret ved unormal blodkarvækst, der beskadiger det lysfølsomme væv bag i øjet – såvel som mere sjældent, arvelige blændende sygdomme i nethinden.

Mange genterapitilgange afhænger af virale vektorer, som bruger en viruss naturlige evne til at transportere genetisk materiale ind i celler. Imidlertid, vira skaber et immunrespons, som forhindrer gentagen dosering, og den mest almindeligt anvendte til okulær genterapi kan ikke bære store gener.

"Nogle af de mest udbredte nedarvede retinale degenerationer skyldes mutationer i store gener, der simpelthen ikke kan passe ind i den mest almindeligt anvendte virale vektor, "siger Peter Campochiaro, M.D., Eccles professor i oftalmologi ved Johns Hopkins University School of Medicine, og medlem af Johns Hopkins Medicine Wilmer Eye Institute.

For at overvinde sådanne begrænsninger, Campochiaro og Jordan Green, Ph.D., udviklet en ny tilgang, der involverer en bionedbrydelig polymer, der omgiver og komprimerer lange strækninger af DNA, skabe nanopartikler, der kan trænge ind i cellerne. Denne teknologi giver forskerne mulighed for at omdanne øjets celler til minifabrikker til et terapeutisk protein.

For først at teste, om nanopartiklerne kunne nå deres målceller, forskerne fyldte nanopartiklerne med et gen for et fluorescerende protein, der får cellerne til at lyse op som en glødestok.

Dette glødende molekyle gjorde det muligt for forskerne at bestemme placeringen, mængde og varighed af genekspression opnåelig med nanopartiklerne.

De fandt ud af, at selv otte måneder efter behandlingen, størstedelen af ​​de lysfølsomme celler i rotternes øjne glødede, viser, at nanopartiklerne effektivt deponerede det fluorescerende gen i cellerne.

Næste, forskerne oprettede et lignende eksperiment, denne gang ved at bruge nanopartiklerne til at skubbe et biologisk relevant gen ind i øjet. De fyldte nanopartiklerne med et gen for vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF), som er ansvarlig for væksten af ​​unormale blodkar hos mennesker med våd makuladegeneration.

Forskerne injicerede øjnene på 30 rotter med nanopartiklerne, der bar VEGF-genet, og bestemte virkningerne i nethinden, to og fem måneder efter injektionen. En måned efter injektion, hver testet rotte havde udviklet unormale blodkar under og inde i nethinden, som dem, der ses hos patienter med våd makuladegeneration. De unormale blodkar var mere omfattende to og fem måneder efter injektionen, og der var forbundet ardannelse under nethinden svarende til det, der ses ved kronisk ubehandlet våd makuladegeneration.

"Disse resultater viser, at generne leveret af nanopartikler forblev aktive i cellerne i flere måneder, " siger Campochiaro.

Endelig, at teste en nanopartikels evne til at levere et terapeutisk gen for sygdommen, forskerne brugte gensplejsede mus til at udvikle en form for våd makuladegeneration svarende til den hos mennesker. Forskerne fyldte nanopartikler med et gen, der producerer et protein, der neutraliserer VEGF.

I øjeblikket, læger injicerer sådanne proteiner, der blokerer VEGF -proteiner i øjnene på mennesker med makuladegeneration, en behandling, der hjælper med at kontrollere overvæksten af ​​unormale, utætte blodkar. Men denne procedure skal gentages ofte og er byrdefuld for patienter og deres plejere.

Tre uger efter injektion af nanopartikler indeholdende genet for anti-VEGF-proteinet, musene havde en 60% reduktion i unormale blodkar sammenlignet med kontrolmus. Den samme effekt sås 35 dage senere.

"Disse resultater er yderst lovende, " siger Jordan Green, Ph.D., professor i biomedicinsk ingeniørvidenskab ved Johns Hopkins University School of Medicine. "Vi har evnen til at nå de celler, der er mest påvirket af degenerativ øjensygdom med ikke -virale behandlinger, der kan tillade øjet at skabe sine egne vedvarende behandlinger."

Anslået 1,6 millioner mennesker i USA med makula degeneration modtager injicerede lægemidler til øjet hver fjerde til sjette uge. En genterapibehandling kunne give øjets væv en måde at forhindre yderligere synsforringelse med så lidt som et par indledende behandlinger. Genetiske sygdomme, der forårsager blindhed, kan behandles på lignende måde, ved at introducere funktionelle versioner af gener, som arvede mutationer har deaktiveret.