Många forskare eftersträvar sätt att behandla sjukdomar genom att leverera DNA eller RNA som kan slå på eller av en gen. Dock, ett stort hinder för framsteg inom detta område har varit att hitta sätt att säkert leverera det genetiska materialet till rätt celler.

Att kapsla in strängar av RNA eller DNA i små partiklar är ett lovande tillvägagångssätt. För att påskynda utvecklingen av sådana läkemedelsleveransfordon, ett team av forskare från MIT, Georgia Tech, och University of Florida har nu tagit fram ett sätt att snabbt testa olika nanopartiklar för att se var de går i kroppen.

"Läkemedelsleverans är ett riktigt stort hinder som måste övervinnas, "säger James Dahlman, en tidigare MIT -doktorand som nu är biträdande professor vid Georgia Tech och studiens huvudförfattare. "Oavsett deras biologiska verkningsmekanismer, alla genetiska terapier behöver en säker och specifik läkemedelsleverans till den vävnad du vill rikta in dig på. "

Detta tillvägagångssätt, beskrivs i Förfaranden från National Academy of Sciences veckan den 6 februari, kan hjälpa forskare att rikta gentekniker till exakta platser i kroppen.

"Den kan användas för att identifiera en nanopartikel som går till en viss plats, och med den informationen kunde vi sedan utveckla nanopartikeln med en specifik nyttolast i åtanke, säger Daniel Anderson, docent vid MIT:s avdelning för kemiteknik och medlem i MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research och Institute for Medical Engineering and Science (IMES).

Tidningens författare är Anderson; Robert Langer, David H. Koch Institute Professor vid MIT och medlem av Koch Institute; och Eric Wang, professor vid University of Florida. Andra författare är doktoranden Kevin Kauffman, nyutexaminerade från MIT Yiping Xing och Chloe Dlott, MIT -grundläggande Taylor Shaw, och teknisk assistent vid Koch Institute Faryal Mir.

Inriktning på sjukdom

Att hitta ett pålitligt sätt att leverera DNA till målceller kan hjälpa forskare att inse potentialen för genterapi - ett sätt att behandla sjukdomar som cystisk fibros eller hemofili genom att leverera nya gener som ersätter saknade eller defekta versioner. En annan lovande metod för nya terapier är RNA -interferens, som kan användas för att stänga av överaktiva gener genom att blockera dem med korta strängar av RNA som kallas siRNA.

Att leverera dessa typer av genetiskt material till kroppsceller har visat sig svårt, dock, eftersom kroppen har utvecklat många försvarsmekanismer mot främmande genetiskt material som virus.

För att undvika detta försvar, Andersons laboratorium har utvecklat nanopartiklar, inklusive många gjorda av fettmolekyler som kallas lipider, som skyddar genetiskt material och bär det till en viss destination. Många av dessa partiklar tenderar att ackumuleras i levern, delvis eftersom levern är ansvarig för filtrering av blod, men det har varit svårare att hitta partiklar som riktar sig mot andra organ.

"Vi har blivit bra på att leverera nanopartiklar till vissa vävnader men inte alla, "Anderson säger." Vi har inte riktigt kommit på hur partiklarnas kemi påverkar inriktningen mot olika destinationer. "

För att identifiera lovande kandidater, Andersons laboratorium genererar bibliotek med tusentals partiklar, genom att variera egenskaper som deras storlek och kemiska sammansättning. Forskare testar sedan partiklarna genom att placera dem på en viss celltyp, odlas i en labrätt, för att se om partiklarna kan komma in i cellerna. De bästa kandidaterna testas sedan på djur. Dock, detta är en långsam process och begränsar antalet partiklar som kan prövas.

"Problemet vi har är att vi kan göra mycket mer nanopartiklar än vi kan testa, Säger Anderson.

För att övervinna det hindret, forskarna bestämde sig för att lägga till "streckkoder, "bestående av en DNA -sekvens av cirka 60 nukleotider, till varje typ av partikel. Efter att ha injicerat partiklarna i ett djur, forskarna kan hämta DNA -streckkoderna från olika vävnader och sedan ordna streckkoderna för att se vilka partiklar som hamnade var.

"Vad det tillåter oss att göra är att testa många olika nanopartiklar samtidigt inuti ett enda djur, "Säger Dahlman.

Spårningspartiklar

Forskarna testade först partiklar som tidigare visat sig rikta mot lungorna och levern, och bekräftade att de tog vägen dit förväntat.

Sedan, forskarna undersökte 30 olika lipid -nanopartiklar som varierade i ett nyckeldrag - strukturen hos en komponent som kallas polyetylenglykol (PEG), en polymer läggs ofta till läkemedel för att öka deras livslängd i blodomloppet. Lipidnanopartiklar kan också variera i storlek och andra aspekter av deras kemiska sammansättning.

Var och en av partiklarna märktes också med en av 30 DNA -streckkoder. Genom att sekvensera streckkoder som hamnade i olika delar av kroppen, forskarna kunde identifiera partiklar som riktade mot hjärtat, hjärna, livmoder, muskel, njure, och bukspottkörteln, förutom lever och lungor. I framtida studier, de planerar att undersöka vad som gör att olika partiklar nollställs på olika vävnader.

Forskarna utförde också ytterligare tester på en av partiklarna, som riktar sig mot levern, och fann att det framgångsrikt kunde leverera siRNA som stänger av genen för en blodproppsfaktor.

Victor Koteliansky, chef för Skoltech Center for Functional Genomics, beskrev tekniken som ett "innovativt" sätt att påskynda processen med att identifiera lovande nanopartiklar för att leverera RNA och DNA.

"Att hitta en bra partikel är en mycket sällsynt händelse, så du måste skärma många partiklar. Detta tillvägagångssätt är snabbare och kan ge dig en djupare förståelse för var partiklar kommer att gå i kroppen, "säger Kotelianksy, som inte var inblandad i forskningen.

Denna typ av skärm kan också användas för att testa andra typer av nanopartiklar, t.ex. de som är tillverkade av polymerer. "Vi hoppas verkligen att andra laboratorier över hela landet och över hela världen kommer att prova vårt system för att se om det fungerar för dem, "Säger Dahlman.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.