Ученый и дерматолог Эми С. Паллер и химик Чад А. Миркин первыми разработали актуальную технологию регуляции генов, которая ускоряет заживление язв у животных с диабетом. Они объединили сферические нуклеиновые кислоты (SNA, которые представляют собой глобулярные формы РНК в наноразмерном масштабе) с обычным коммерческим увлажняющим кремом, чтобы создать способ местного подавления гена, который, как известно, мешает заживлению ран.Диабет 2 типа и связанные с ним огромные расходы растут в Соединенных Штатах.
Более одной пятой из 27 миллионов больных диабетом 2 типа в стране имеют хронические незаживающие кожные раны, и многие подвергаются ампутации. Открытие Северо-Запада предлагает возможное решение этой серьезной проблемы.«Очень интересно найти новый способ эффективного лечения этих устойчивых диабетических ран», — сказал доктор Паллер, директор Северо-западного исследовательского центра кожных заболеваний. «Но, кроме того, это исследование еще раз доказало, что СНС — в одном только обычном увлажняющем креме — могут проникать через кожный барьер, и это проблема, с которой другие методы лечения не смогли справиться».
В более ранней работе лаборатория Паллера обнаружила, что истощение фермента под названием GM3-синтаза делает клетки особенно чувствительными к факторам роста и приводит к нормальному заживлению ран, несмотря на диабетические состояния. Она объединилась с Миркиным, который разработал SNA, нацеленные на ген, вырабатывающий этот проблемный фермент.
SNA помещали в увлажняющий крем Aquaphor и просто наносили на края ран у мышей с диабетом, вызванным диетой. Исследовательская группа отметила улучшение заживления у мышей, получавших SNA, по сравнению с контрольными группами всего через четыре дня.
Раны у обработанных животных зажили к 12 дню; раны контрольной группы зажили 18 дней — на 50 процентов дольше. Кровообращение в области раны у обработанных животных также улучшилось.
«Эта работа иллюстрирует масштабы и потенциальное влияние платформы SNA для лечения состояний кожи с известной генетической основой, — сказал Миркин, который изобрел SNA в Северо-Западном университете в 1996 году. — Это единственная известная платформа нуклеиновых кислот для лечения таких заболеваний. и представляет собой новую линейку терапевтических средств для лечения широкого спектра изнурительных состояний здоровья ».Миркин и Паллер являются соавторами исследования. Результаты опубликованы на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Паллер — профессор Уолтера Дж. Хэмлина, заведующий кафедрой дерматологии и профессор педиатрии в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета.
Миркин — профессор химии Джорджа Б. Ратмана в Колледже искусств и наук Вайнберга и профессор медицины, химической и биологической инженерии, биомедицинской инженерии, материаловедения и инженерии. Он также является директором Северо-западного международного института нанотехнологий.Исследование демонстрирует универсальность SNA, которые нетоксичны для человека и в принципе могут использоваться для любой известной генетической мишени.
Полученные данные также подчеркивают критическую роль GM3-синтазы в заживлении диабетических ран.Каждая SNA представляет собой ядро из доброкачественных наночастиц, сделанное из золота, всего 13 нанометров в диаметре, плотно покрытое 40 дуплексными цепями РНК.
Последовательность цепей предназначена для подавления гена GM3-синтазы.По словам Миркина, сферическая структура SNA является идеальной архитектурой для доставки нуклеиновых кислот в клетки для регуляции генов.
Они естественным образом проникают в клетки, взаимодействуя с рецепторами скавенджеров, которые не распознаются линейными нуклеиновыми кислотами.В одном эксперименте исследователи поместили такое же количество цепей РНК с одинаковой генетической последовательностью в Aquaphor, но в линейной, а не сферической форме. Лечение ничего не дало; Синтаза GM3 не снижалась, и заживление язв было таким же медленным, как у контрольных мышей, получавших только увлажняющий крем или зашифрованную форму SNA.«Сферическая конфигурация действительно имеет значение, — сказал Миркин. «Это очень интересное наблюдение со значительными медицинскими последствиями.
Используя нанотехнологии и химию для реструктуризации, возможно, самой важной молекулы, когда-либо открытой учеными, мы переходим от структуры, которая не может преодолевать естественные барьеры внутри кожи, к структуре, которая свободно пересекает их. "Исследовательская группа также следит за использованием мази, богатой SNA, для предотвращения, а не только для лечения диабетических язв и уменьшения ненормальных ощущений, часто возникающих в ногах диабетиков.«Мы думаем, что можно также предотвратить эти язвы, а не только вылечить их, втирая мазь в нижнюю часть стопы», — сказал Паллер. «Наша команда сейчас занимается этим».
Национальный институт артрита, скелетно-мышечных и кожных заболеваний (NIAMS) (грант R21AR062898), Инициатива передового опыта в области нанотехнологий при раке Национального института здоровья / Национального института рака (грант U54 CA151880) и Северо-Западный исследовательский центр кожных заболеваний, финансируемый NIAMS (грант 16 P30AR0572). ) поддержал исследование.