I experiment på råttor och möss, två forskare från Johns Hopkins – en ingenjör och en ögonläkare – rapporterar framgångsrik användning av nanopartiklar för att ge genterapi för blindande ögonsjukdom. En unikt konstruerad stor molekyl gör det möjligt för forskare att komprimera stora buntar av terapeutiskt DNA för att levereras in i ögats celler.

Forskningen, beskrivs 3 juli in Vetenskapens framsteg , ger bevis på det potentiella värdet av nanopartikellevererad genterapi för att behandla våt åldersrelaterad makuladegeneration – en ögonsjukdom som kännetecknas av onormal tillväxt av blodkärl som skadar den ljuskänsliga vävnaden i ögats bakre del – samt mer sällsynt, ärftliga blinda sjukdomar i näthinnan.

Många genterapimetoder är beroende av virala vektorer, som använder ett viruss naturliga förmåga att föra in genetiskt material i celler. Dock, virus skapar ett immunsvar, som förhindrar upprepad dosering, och den mest använda för okulär genterapi kan inte bära stora gener.

"Några av de vanligaste ärftliga retinala degenerationerna beror på mutationer i stora gener som helt enkelt inte kan passa in i den mest använda virala vektorn, " säger Peter Campochiaro, M.D., Eccles professor i oftalmologi vid Johns Hopkins University School of Medicine, och en medlem av Johns Hopkins Medicine Wilmer Eye Institute.

För att övervinna sådana begränsningar, Campochiaro och Jordan Green, Ph.D., utvecklat ett nytt tillvägagångssätt som involverar en biologiskt nedbrytbar polymer som omger och komprimerar långa DNA-sträckor, skapa nanopartiklar som kan komma in i cellerna. Denna teknik gör det möjligt för forskarna att omvandla ögats celler till minifabriker för ett terapeutiskt protein.

För att först testa om nanopartiklarna kunde nå sina målceller, forskarna laddade nanopartiklarna med en gen för ett fluorescerande protein som får celler att lysa upp som en glödstift.

Denna glödande molekyl gjorde det möjligt för forskarna att bestämma platsen, mängd och varaktighet för genuttryck som kan uppnås med nanopartiklarna.

De fann att även åtta månader efter behandlingen, majoriteten av de ljuskänsliga cellerna i råttornas ögon glödde, visar att nanopartiklarna effektivt deponerade den fluorescerande genen i cellerna.

Nästa, forskarna satte upp ett liknande experiment, denna gång med hjälp av nanopartiklarna för att skjuta in en biologiskt relevant gen i ögat. De laddade nanopartiklarna med en gen för vaskulär endoteltillväxtfaktor (VEGF), som är ansvarig för tillväxten av onormala blodkärl hos personer med blöt makuladegeneration.

Forskarna injicerade ögonen på 30 råttor med nanopartiklarna som bär på VEGF-genen och bestämde effekterna i näthinnan, två och fem månader efter injektionen. En månad efter injektionen, varje testad råtta hade utvecklat onormala blodkärl under och inuti näthinnan, som de som ses hos patienter med våt makuladegeneration. De onormala blodkärlen var mer omfattande två och fem månader efter injektionen, och det fanns associerad ärrbildning under näthinnan liknande den som ses vid kronisk obehandlad våt makuladegeneration.

"Dessa resultat visar att generna som levereras av nanopartiklar förblev aktiva i cellerna i flera månader, säger Campochiaro.

Till sist, att testa en nanopartikels förmåga att leverera en terapeutisk gen för sjukdomen, forskarna använde genetiskt modifierade möss för att utveckla en form av våt makuladegeneration som liknar den hos människor. Forskarna laddade nanopartiklar med en gen som producerar ett protein som neutraliserar VEGF.

För närvarande, läkare injicerar sådana proteiner som blockerar VEGF-proteiner i ögonen på personer med makuladegeneration, en behandling som hjälper till att kontrollera överväxten av onormala, läckande blodkärl. Men denna procedur måste upprepas ofta och är betungande för patienter och deras vårdare.

Tre veckor efter injicering av nanopartiklar som innehåller genen för anti-VEGF-proteinet, mössen hade en 60 % minskning av onormala blodkärl jämfört med kontrollmöss. Samma effekt sågs 35 dagar senare.

"Dessa resultat är extremt lovande, säger Jordan Green, Ph.D., professor i biomedicinsk teknik vid Johns Hopkins University School of Medicine. "Vi har förmågan att nå de celler som är mest påverkade av degenerativ ögonsjukdom med icke-virala behandlingar som kan tillåta ögat att skapa sina egna varaktiga terapier."

Uppskattningsvis 1,6 miljoner människor i USA med makuladegeneration får injicerade läkemedel i ögat var fjärde till sjätte vecka. En genterapibehandling kan ge ett sätt för ögats vävnad att förhindra ytterligare synförsämring med så lite som ett fåtal initiala behandlingar. Genetiska sjukdomar som orsakar blindhet kan behandlas på liknande sätt, genom att introducera funktionella versioner av gener som ärvt mutationer har inaktiverat.