Ученые создали новую молекулу для доставки ДНК в клетки

Исследователи из Токийского столичного университета создали новую молекулу, которая переносит ДНК в биологические клетки для лечения или вакцинации от болезней. Многие существующие варианты основаны на молекулах с сильным положительным зарядом, которые могут вызвать вредное воспаление. Команда преодолела эту проблему, используя нейтральную молекулу и новый метод связывания с ней ДНК, что позволяет доставлять ДНК в клетки. Успешные эксперименты на мышах обещают новые, более эффективные методы лечения.

За последние несколько десятилетий ученые разработали новые методы лечения, которые доставляют генетическую информацию в клетки. Эта информация в форме ДНК и РНК может быть либо постоянно включена в гены («генная терапия»), либо временно использоваться механизмом производства белка в клетках для производства терапевтических белков и молекул. Основная проблема здесь — это, в первую очередь, доставка ДНК или РНК в клетку. После инъекции в организм клеточная мембрана представляет собой физический барьер для проникновения, и, прежде всего, они должны попасть внутрь клеток в целости и сохранности.

Именно здесь на помощь приходят средства доставки. Вместо использования «голых» молекул ДНК или РНК их можно включать в комплексы, которые легче усваиваются клетками. Для плазмидной ДНК, коротких сегментов ДНК, которые кодируют продукцию нескольких генов, обычным методом доставки является использование положительно заряженных полимеров. Поскольку ДНК заряжена отрицательно, она может связываться с положительными зарядами длинного полимера, образуя комплекс, который может быть проглочен клетками. Однако этот подход не лишен проблем. Например, положительно заряженные молекулы могут вызвать воспаление в месте инъекции. Он также может притягивать любую другую отрицательно заряженную молекулу в своем окружении и образовывать агрегаты. В случае внутримышечной инъекции это включает внеклеточный матрикс мышечной ткани.

Чтобы обойти эту проблему, команда под руководством профессора Шойчиро Асаямы из Токийского столичного университета синтезировала незаряженный полимер с прикрепленным к его концу «липким» тиминовым основанием, одним из четырех строительных блоков ДНК. Полимером, который они использовали, был полиэтиленгликоль (ПЭГ), хорошо известная «инертная» молекула в организме. Однако тиминовому основанию некуда прикрепиться к ДНК без посторонней помощи. Здесь команда использовала процесс, называемый «отжигом». При незначительном нагревании молекулы плазмидной ДНК двойная цепь может частично раскрутиться. В присутствии этой молекулы тиминовое основание может слабо связываться с открытой структурой посредством водородных связей, создавая комплекс между новой молекулой команды и ДНК.

Изучив соотношение между количеством нитей тимин-ПЭГ и ДНК, команда смогла оптимизировать свой рецепт. В экспериментах на мышах они успешно показали, что их комплекс усиливает поглощение ДНК клетками мыши почти в 14 раз по сравнению с «голой» цепью ДНК. Их новый «однонуклеотидно-концевой комплекс» (SNTC) – бесплатное соединение – обещает улучшить и расширить сферу применения методов лечения, основанных на успешной доставке генетической информации.

Эта работа была поддержана грантом на научные исследования (B) Японского общества содействия науке (грант № 21H03820) и «Инфраструктура передовых исследований материалов и нанотехнологий в Японии (ARIM)» Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий (MEXT), номер гранта JPMXP1224 UT0029.

Наканиси М., Эндо-Такахаси Ю., Негиши Ю., Асаяма С.
Отжиг пДНК с образованием однонуклеотидно-концевого комплекса для экспрессии генов in vivo.
ACS Appl Bio Mater. 2026 февраля; 9 (3): 1682–1691. дои: 10.1021/acsabm.5c02207