Устройство, описанное в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Small, является продуктом сотрудничества исследователей из Медицинского центра Университета Рочестера (URMC) и Рочестерского технологического института (RIT).«Эта платформа обладает потенциалом сделать процесс переноса генов более надежным и снизить токсические эффекты, одновременно увеличивая количество и разнообразие генетического груза, который мы можем доставить в клетки», — сказал Ян Дикерсон, доктор философии, доцент кафедры естественных наук.
Неврология в URMC и соавтор статьи.«Это очень простой, недорогой и эффективный процесс, который хорошо переносится клетками и может успешно доставлять ДНК в десятки тысяч клеток одновременно», — сказал Майкл Шрлау, доктор философии, доцент колледжа Кейт Глисон. наук в RIT и соавтор статьи.
Терапия с переносом гена уже давно имеет большие перспективы в медицине. Новые методы редактирования генов, такие как CRISPR-Cas9, теперь позволяют исследователям точно нацеливать сегменты генетического кода, открывая ряд потенциальных научных и медицинских приложений, от исправления генетических дефектов до манипулирования стволовыми клетками и реинжиниринга иммунных клеток для борьбы с инфекциями и рак.В настоящее время ученые используют несколько различных методов для вставки новых генетических инструкций в клетки, включая создание небольших отверстий в клеточной мембране с помощью электрических импульсов, введение ДНК в клетки с помощью устройства, называемого «генная пушка», и использование вирусов для «заражения» клеток новыми генетический код.Однако все эти методы имеют две основные проблемы.
Во-первых, эти процессы могут быть очень токсичными, в результате чего у ученых остается слишком мало здоровых клеток для работы. Во-вторых, эти методы ограничены в количестве генетической информации — или «полезной нагрузки», которую они могут доставить в клетки, что ограничивает их применение.
Эти методы также могут быть трудоемкими и дорогостоящими.Новое устройство, описанное в исследовании, было изготовлено в лаборатории нано-биоинтерфейса Шрлау в RIT Масудом Гольшади, доктором философии. Используя процесс, называемый химическим осаждением из паровой фазы, исследователи создали структуру, похожую на соты, состоящую из миллионов плотно упакованных углеродных нанотрубок с отверстиями с обеих сторон тонкой мембраны в форме диска.
Устройство было использовано в лаборатории Дикерсона в URMC для культивирования ряда различных клеток человека и животных. Через 48 часов клетки омывали средой, содержащей жидкую ДНК.
Углеродные нанотрубки действовали как каналы, по которым генетический материал проникал в клетки. Используя этот метод, исследователи обнаружили, что 98 процентов клеток выжили, а 85 процентов были успешно трансфицированы новым генетическим материалом.
Механизм передачи ДНК все еще изучается, но исследователи подозревают, что это может происходить с помощью процесса, называемого усиленным эндоцитозом, метода, с помощью которого клетки переносят пучки белков назад и вперед через клеточную мембрану.Устройство также показало способность успешно культивировать широкий спектр типов клеток, включая клетки, которые обычно трудно выращивать и поддерживать в живых, такие как иммунные клетки, стволовые клетки и нейроны.
В настоящее время исследователи оптимизируют технологию в надежде, что устройство — недорогое в производстве — можно будет сделать доступным для исследователей и, в конечном итоге, использовать для разработки новых методов лечения целого ряда заболеваний.