Nová metoda pro genovou terapii senescentních buněk
Vědci zkoumali dosud nepoužitou metodu transfekce senescentních mezenchymálních kmenových buněk (MSCs) a své výsledky publikovali v časopise Molecular Therapy Nucleic Acids ze série Cell. Tato studie přináší zajímavé poznatky o potenciálním využití niosomů pro genovou terapii, zejména v kontextu stárnoucích buněk.
Detergenty pro genovou terapii: Nový přístup
Změna genetiky živého organismu je mnohem složitější než změna buněk v Petriho misce a vyžaduje zcela odlišné přístupy. Jedním z nejzásadnějších problémů je spolehlivost samotného zákroku. Zatímco buňky v misce lze v případě nevhodnosti jednoduše zlikvidovat, chybná genová terapie u člověka může vést například k rakovině.
Nejznámější metodou doručení genové terapie je virový vektor. Tento přístup však nese vlastní rizika, včetně rakoviny a zánětlivé imunitní reakce, která může urychlit stárnutí [1]. Liposomy, částice tvořené molekulami tuku, jsou nejčastěji zkoumanou náhradou [2]. Mají však svá vlastní rizika toxicity a nejsou tak účinné jako viry při doručování genů [3].
Niosomy jsou podobné liposomům, ale místo fosfolipidů používají netoxické sloučeniny polysorbátů, které se nacházejí v komerčních detergentech [4]. Předchozí práce zkoumaly niosomy v kontextu regenerace kostí [5] a léčby sítnice [6]. Nejlepší formulace niosomů pro konkrétní použití je stále předmětem výzkumu. Tito vědci zkoumali, jak by přídavky, jako je skvalen [7], cholesterol a dokonce i jednoduchá sacharóza [8], mohly zvýšit účinnost transfekce.
Podle znalostí výzkumníků nebylo použití niosomů k úpravě genů senescentních MSCs dosud nikdy pokuseno, a proto zkoumali více formulací, aby určili tu nejúčinnější.
Testování různých formulací niosomů
Tato práce využila dvě samostatné populace MSCs získaných z pupečníkové šňůry, které byly uvedeny do stavu senescence aplikací Palbociclibu, látky narušující normální buněčný cyklus. Senescence těchto buněk byla potvrzena jak morfologií, tak přítomností faktorů SASP (Senescence-Associated Secretory Phenotype), jako jsou interleukiny a CDKN1A.
Vědci komplexovali niosomy s reportérovou DNA (nioplexy) v různých poměrech, přičemž použili buď skvalen, nebo cholesterol za přítomnosti, či nepřítomnosti sacharózy. Při specifických poměrech DNA se zdálo, že sacharóza výrazně zvětšuje velikost částic se skvalenem, ačkoli mezi velikostí částic a poměrem DNA neexistoval lineární vztah. Sacharóza zřejmě potlačovala velikost částic s cholesterolem při určitých poměrech, ačkoli ani zde neexistoval lineární vztah. Předchozí práce naznačily, že buňky snadněji přijímají menší částice [9].
Byl zjištěn významný a zřetelný vztah mezi sacharózou a schopností niosomů obsahujících cholesterol správně komplexovat a chránit DNA, zejména při nejnižších poměrech, které obsahovaly více DNA. Tyto výsledky nebyly pozorovány u skvalenu.
Nicméně, rozdíly mezi skvalenem a cholesterolem, když byly aplikovány na buňky bez přítomnosti sacharózy, byly markantní. Nioplexy vyrobené se skvalenem, zejména v poměru niosomů k DNA 10:1, byly vynikající v transfekci nesenescentních buněk v obou populacích. Tyto nioplexy, podobně jako běžně používaný lipofektamin, však byly mnohem méně účinné při transfekci senescentních buněk než nioplexy vyrobené s cholesterolem. Účinnost všech nioplexů se mírně snížila mezi 24 a 72 hodinami.
Sacharóza zvýšila účinnost formulací na bázi skvalenu i cholesterolu u senescentních buněk. Ve většině poměrů byl účinek po 72 hodinách dokonce silnější než po 24 hodinách, což svědčí o zvýšení trvalé účinnosti.
S přítomností nebo bez přítomnosti sacharózy byly nioplexy mnohem bezpečnější pro buňky než lipofektamin. Tato práce ukázala, že lipofektamin je vysoce toxický a zabíjí velké množství MSCs, které mu byly vystaveny, jak v senescentních, tak v nesenescentních skupinách. Ani formulace se skvalenem, ani s cholesterolem bez sacharózy nevedly ke zvýšení úmrtnosti oproti kontrolám, a přidání sacharózy vedlo pouze k velmi mírnému zvýšení.
Zajímavé je, že senescentní a nesenescentní buňky přijímaly nioplexy různými metodami endocytózy, což bylo potvrzeno léčbou, která tyto formy blokovala. Navíc všechny testované terapie mírně zvýšily expresi SASP z buněk, které již byly senescentní.
Tato studie se specificky zaměřila na niosomy a nioplexy, s důrazem na cílení spíše než na potenciální účinnost léčby. Buňky nebyly modifikovány k ničemu jinému než k tomu, aby hlásily, že byly transfekovány, a nebyly zapojeny žádné zvířata. Vytvoření vhodných genových terapií k naložení do těchto niosomů a zjištění, že jsou bezpečné v živých organismech, je doménou budoucího výzkumu.