Серцево-судинні захворювання залишаються основною причиною смерті в усьому світі. Проте прогрес у терапії серцевої недостатності зупинився, переважно через складність доставляння ліків на клітинному рівні. Тепер група дослідників під керівництвом Каліфорнійського університету в Берклі, можливо, розв'язала цю проблему, потенційно відкривши шлях до нових методів лікування, які рятують життя.
В основі їх нового підходу лежить мікрофізіологічна система серця людини (MPS), також відома як «серце на чіпі», яка є мініатюрною моделлю людського серця з тривимірними мікром'язами. Такі пристрої складаються з мікрофлюїдних каналів, товщиною менше людського волосся, вистеленого живими клітинами. Управляючи потоком рідини та іншими елементами, дослідники можуть імітувати деякі аспекти фізіології серця.
Використовуючи технологію «серце на чипі», дослідники з Каліфорнійського університету в Берклі, Інститутів Гладстона та Каліфорнійського університету в Сан-Франциско змогли виявити ліпідну наночастинку, здатну проникати в щільний серцевий м'яз і ефективно доставляти терапевтичну матричну РНК (мРНК).
Їхні результати були опубліковані в журналі Nature Biomedical Engineering.
Ліпідні наночастинки - це крихітні сферичні частинки, що складаються з жирів, які інкапсулюють терапевтичні агенти. Вони вважаються найбільш клінічно передовою невірусною транспортною системою для доставляння мРНК у терапії генного редагування та у вакцинах, включаючи вакцини Pfizer-BioNTech та Moderna від COVID-19.
Однак успішне доставляння мРНК до кардіоміоцитів залежить від так званого ендосомального виходу, який давно вважається складним завданням у цій галузі. Ендосома діє як сортувальна станція клітини, і якщо терапевтичний агент застряє там, він починає деградувати. Щоб ліпідна наночастинка була ефективною, вона повинна вийти з ендосоми та потрапити до цитоплазми клітини, де вона зможе розподілити свою мРНК для досягнення максимального терапевтичного ефекту.
Для розв'язання цієї проблеми дослідники синтезували ліпідні наночастинки з новим кислоторозкладним поліетиленгліколевим покриттям, припускаючи, що воно зможе легко дифундувати через серцеву тканину, не залишаючи ендосому. Використовуючи свою систему "серце на чипі", вони потім протестували різні варіанти, щоб визначити найбільш ефективну версію для доставляння генно-редагованої терапії до кардіоміоцитів. Пізніше вони протестували ці ж ліпідні наночастинки на серцях мишей та отримали аналогічні позитивні результати.
За словами Кевіна Хілі, керівника дослідження, підхід дослідників «орган-на-чипі» також може дозволити вченим точніше прогнозувати результати випробувань на живих організмах та прискорити розвиток мРНК-терапії серця. За його словами, ключове значення має здатність моделі відтворювати складне тривимірне клітинне середовище мікротканин краще, ніж прості двовимірні моделі, які зазвичай складаються з одного шару клітин, вирощених у чашці Петрі.
«Наша система дозволяє швидше, без участі тварин, ідентифікувати ефективні ліпідні наночастинки для безпечного доставляння цих препаратів», - сказав Хілі, професор біоінженерії та матеріалознавства та інженерії Каліфорнійського університету в Берклі. «Таким чином, використовуючи моделі "орган-на-чипі" для прогнозування доставляння препаратів, спрямованих на серце, та їх безпеки, ми можемо потенційно прискорити програми з терапії серцевої недостатності, кардіопротекторних факторів та генної корекції, одночасно скорочуючи час та вартість трансляції».
