Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Санкт-Петербурга, Гамбурга, Лондона провели исследование, в котором впервые показали, что полимерные и гибридные микрокапсулы с покрытиями из наноразмерного слоя двуокиси кремния могут с высокой эффективностью применяться при редактировании генома с использованием технологии CRISPR-Cas9. В перспективе совместная разработка ученых ТПУ и их коллег сможет существенно упростить и повысить эффективность процедуры редактирования генома, которая в будущем поможет врачам лечить ранее неизлечимые наследственные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, гемофилия и многие другие. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine (IF 5,72; Q1). 

Авторами научной статьи стали ученые лаборатории новых лекарственных форм Центра RASA на базе Томского политехнического университета (ТПУ), Первого государственного медицинского университета им. И.П. Павлова (ПСПбГМУ, Санкт-Петербург), исследовательского отдела клеточной и генной терапии и отдела трансплантации стволовых клеток Медицинского центра Университета Гамбурга (Германия), Школы инженерных наук и материаловедения Лондонского университетв королевы Марии (Великобритания). Также участие в исследовании приняли ученые НИИ детской онкологии, гематологии и трансплантологии им. Р.М. Горбачевой.

Clustered Regulatory Interspaced Short Palindromic Repeats / Cas9 (CRISPR-Cas9) — революционная технология редактирования генома, обладающая огромным потенциалом для исследований, а также для клинического применения.

Как объясняет один из авторов научной статьи Борис Фезе , профессор клеточной и генной терапии, руководитель научно-исследовательского отдела клеточной и генной терапии Клиники трансплантации гемопоэтических стволовых клеток Медицинского центра Университета Гамбурга, бактерии имеют адаптивную иммунную систему, которая помогает им распознавать и уничтожать вирусы (бактериофаги), если те пытаются инфицировать их во второй раз. Для этого бактерии включают короткие последовательности вирусного генома в их собственный геном (в регион CRISPR) и используют их как матрицу для синтеза коротких комплементарных РНК, которые распознают фаговый геном, используя принцип «ключ-замок» (схоже с нашими антителами, узнающими патогены, которые пытаются инфицировать человека повторно).

Открытие механизма действия CRISPR/Cas и идентификация основных компонентов учеными J. Doudna и Е. Charpentiеr пять лет назад легло в основу новой прорывной технологии по редактированию генома CRISPR-Cas9. Преимущество этой технологии в том, что она гораздо дешевле, проще и быстрее по сравнению с существовавшими до тех пор технологиями редактирования генома —TALEN и ZFN. Следовательно, в перспективе ее будет гораздо легче внедрить в клиническую практику и использовать для лечения генетических заболеваний.

Однако в этой области существуют серьезные препятствия, которые мешают технологии CRISPR-Cas9, а также TALEN и ZFN, получить широкое применение в медицине. И главная из этих проблем — безопасная и эффективная доставка генетического материала в редактируемую клетку.

«Существующие методы доставки отличаются высокой степенью токсичности. При их использовани какая-то часть редактируемых клеток погибает. К примеру, при доставке биоматериала методом электропорации выживают только 40-50% клеток»,

— рассказывает один из главных авторов научной статьи, младший научный сотрудник лаборатории новых лекарственных форм Центра RASA при ТПУ Александр Тимин .

​Фото: Микрокапсулы с покрытиями из наноразмерного слоя двуокиси кремния. На рисунке показана их характеристика, эффективность их поглощения клетками, цитотоксичность и способность связывания мРНК / пДНК.

Для решения этой проблемы ученые впервые решили использовать для доставки генетического материала внутрь клеток полимерные и гибридные микрокапсулы с покрытиями из наноразмерного слоя кремния (SiO2), которые разрабатывает научный коллектив ТПУ совместно с коллегами из ПСПбГМУ им. академика Павлова.

Размер таких капсул составляет 2-2,5 микрометра (мкм). В них загружается генетический материал (биологически активные вещества) — миРНК, мРНК и плазмиды ДНК. Далее эти капсулы доставляются к редактируемой клетке. Она поглощает их путем макропиноцитоза — процесса, при котором клетки захватывают относительно крупные частицы. Таким образом, микрокапсула оказывается в цитоплазме клетки и там высвобождает свое содержимое. Сама оболочка при этом постепенно растворяется.

«Эффективность доставки с помощью наших микрокапсул достигается за счет низкой токсичности. Проведенное нами исследование показало, что более 90% клеток выживают после трансфекции. Таким образом, процент отредактированных клеток стал значительно выше в сравнении, когда для трансфекции применялись липосомы»,

— резюмирует Александр Тимин.

В научной статье отмечается, что полученные результаты позволяют сделать вывод, что данные микрокапсулы представляют собой перспективные векторы для доставки инструментов редактирования генома.

«В дальнейшем мы надеемся продолжить сотрудничество с российскими коллегами в этом направлении. Уже подана заявка на совместный исследовательский грант Российского научного фонда и Немецкого научно-исследовательского сообщества (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG)», — делится планами Борис Фезе.

Следующим этапом, по словам ученых, станет применение технологии CRISPR-Cas9 с использованием микрокапсул для доставки генетического материала уже в исследованиях in vivo, то есть на живом материале.

Справка:

Лабораторию новых лекарственных форм на базе Центра RASA в Томске возглавляет Глеб Сухоруков , глава отделения биополимерных и биоорганических поверхностей Школы инженерных наук и материаловедения Лондонского университета королевы Марии (Великобритания). Научный коллектив лаборатории занимается разработкой новых способов доставки лекарственных средств в организм . Исследования лаборатории направлены на разработку технологий по созданию эффективных способов доставки различных лекарственных соединений с использованием метода инкапсулирования.


Источники

Ученые смогли извлечь из мозга белок, вызывающий болезнь Альцгеймера
Nanonewsnet.ru, 07/10/2016
Томские ученые изобрели капсулы для редактирования генома
Российская газета (rg.ru), 02/10/2017
Разрабатываемые в ТПУ микрокапсулы показали высокую эффективность как средство доставки "компонентов" для редактирования генома CRISPR/Сas9
Томский политехнический университет (tpu.ru), 02/10/2017
Разрабатываемые в ТПУ микрокапсулы показали высокую эффективность как средство доставки "компонентов" для редактирования генома CRISPR/Сas9
Vestisibiri.ru, 02/10/2017
Разрабатываемые в ТПУ микрокапсулы успешно применены в исследованиях по редактированию генома
ИноТомск (inotomsk.ru), 02/10/2017
Микрокапсулы ученых ТПУ будут использовать при редактировании генома
РИА Томск (riatomsk.ru), 02/10/2017
Эффективность редактирования генома увеличат в разы
Индикатор (indicator.ru), 02/10/2017
Российские ученые разработали микрокапсулы для редактирования генома
РИА АМИ (riaami.ru), 02/10/2017
Томские ученые применили микрокапсулы для редактирования генома
Novovest.ru, 03/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для редактирования генома
Красноярский медицинский портал (krasgmu.net), 03/10/2017
Томские ученые применили микрокапсулы для редактирования генома
Vestisibiri.ru, 03/10/2017
Ученые из РФ разработали микрокапсулы для корректирования генома
Krasnews.com, 03/10/2017
Ученые из РФ разработали микрокапсулы для корректирования генома
123ru.net, 03/10/2017
Томские ученые применили микрокапсулы для редактирования генома
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 03/10/2017
Русские ученые разработали микрокапсулы для корректирования генома
NevaInfo.Ru, 02/10/2017
Эффективность редактирования генома увеличат в разы
Nanonewsnet.ru, 02/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для корректирования генома
РЫБИНСКonLine (ryb.ru), 02/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для корректирования генома
123ru.net, 02/10/2017
Русские ученые разработали микрокапсулы для корректирования генома
ГосНовости (rusgosnews.com), 02/10/2017
Эффективность редактирования генома увеличат в разы
Wi-fi.ru, 02/10/2017
Томская область: Разработка ученых из Томска и Санкт-Петербурга позволяет повысить эффективность технологии по редактированию генома
Молодежное информационное агентство (miamir.ru), 02/10/2017
Эффективность редактирования генома увеличат в разы
Новости@Rambler.ru, 02/10/2017
Разрабатываемые в ТПУ микрокапсулы показали высокую эффективность как средство доставки "компонентов" для редактирования генома CRISPR/Сas9
Монависта (tomsk.monavista.ru), 02/10/2017
Разрабатываемые в ТПУ микрокапсулы показали высокую эффективность как средство доставки «компонентов» для редактирования генома CRISPR/Сas9
Томский политехнический университет, 02/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для редактирования генома
Tabletka.tomsk.ru, 03/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для редактирования генома
ИА МАНГАЗЕЯ (mngz.ru), 03/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для редактирования генома
Novovest.ru, 03/10/2017
Сибирские ученые изобрели капсулы для лечения серьезных наследственных болезней
ВашГород.ру (vashgorod.ru), 03/10/2017
Ученые из РФ разработали микрокапсулы для корректирования генома
Новости России (news-russia.info), 03/10/2017
Ученые придумали, как повысить эффективность процедуры редактирования генома
Medlinks.ru, 03/10/2017
Ученые из Томска создали капсулы для редактирования генома
Версия Инфо (versiya.info), 03/10/2017
Особые нанокапсулы выведут редактирование генома на новый уровень
Mogu.by, 03/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для редактирования генома
Vestisibiri.ru, 03/10/2017
Особые нанокапсулы выведут редактирование генома на новый уровень
Seoma.ru, 03/10/2017
Томские ученые разработали микрокапсулы для редактирования генома
Проспект Мира (prmira.ru), 03/10/2017
Особые нанокапсулы выведут редактирование генома на новый уровень
Recipe.ru, 03/10/2017
Особые нанокапсулы выведут редактирование генома на новый уровень
MEDdaily (meddaily.ru), 03/10/2017
Особые нанокапсулы выведут редактирование генома на новый уровень
Новости дня России и мира (novostidnya24.ru), 03/10/2017
Особые нанокапсулы выведут редактирование генома на новый уровень
Newsmir.info, 03/10/2017
Томские ученые изобрели капсулы для редактирования генома
Oagb.ru, 04/10/2017
Российские ученые создали микрокапсулы для доставки генетического материала в редактируемую клетку
Вести.ru, 04/10/2017
Российские ученые создали микрокапсулы для доставки генетического материала в редактируемую клетку
123ru.net, 04/10/2017
Российские ученые создали микрокапсулы для доставки генетического материала в редактируемую клетку
Пульс Планеты 24/7 (puls-planety247.ru), 04/10/2017
Ученые ТПУ разработали капсулы для редактирования генома
TechFusion.ru, 04/10/2017
Российские ученые создали микрокапсулы для доставки генетического материала в редактируемую клетку
Бухта Капшагай (kapshagai.kz), 04/10/2017
Российские ученые создали микрокапсулы для доставки генетического материала в редактируемую клетку
Медиарупор (mediarupor.ru), 05/10/2017
Создаваемые в ТПУ микрокапсулы продемонстрировали высокую эффективность при редактировании генома с использованием технологии CRISPR-Cas9
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/10/2017
Российские ученые создали микрокапсулы для доставки генетического материала в редактируемую клетку
Наука и техника (naucaitechnika.ru), 04/10/2017
Томские ученые применили микрокапсулы для редактирования генома
Portalinweb.com, 14/10/2017
В ТПУ разработают лекарства с "дистанционным управлением"
Лекобоз (lekoboz.ru), 19/01/2018
Специальные микрокапсулы помогут в лечении наследственных заболеваний
Русская планета (rusplt.ru), 01/02/2018
Ученые разработали микрокапсулы для более эффективного редактирования генома
Новости@Rambler.ru, 31/01/2018
Ученые разработали микрокапсулы для более эффективного редактирования генома
ТАСС, 31/01/2018

Похожие новости

  • 29/01/2018

    3D – принтеры для печати сердца будут стоять в каждой клинике

    ​Аортальный стеноз, коарктация аорты, транспозиция магистральных сосудов, тотальная аномалия впадения легочных вен, тетрада Фалло — в современной медицине насчитываются десятки видов пороков сердца, которые бывают как врожденными, так и приобретенными.
    439
  • 23/12/2017

    Томская аспирантка выиграла грант на обучение в Европе

    ​Аспирантка Биологического института ТГУ, младший научный сотрудник НИИ онкологии Томского НИМЦ Марина Ибрагимова представила результаты своих исследований на XXI Российском онкологическом конгрессе. Работа аспирантки, посвященная проблеме повышения эффективности лечения больных раком молочной железы, была признана одной из лучших на конкурсе постерных докладов.
    316
  • 02/04/2018

    Ученые ТГУ исследовали экосистемы на побережье Египта

    ​Ученые Биологического института Томского государственного университета (БИ ТГУ) завершили третий этап исследования экосистем в районе будущей атомной станции "Эль Дабаа" в Египте, которая является одним из крупнейших зарубежных проектов госкорпорации "Росатом", сообщается на странице Сибирского химического комбината (СХК, "дочка" ГК "Росатом") в соцсети Facebook.
    168
  • 20/10/2016

    Атомщики Сибири обсуждают в ТПУ термоядерный синтез и развитие ядерной медицины

    ​В Томском политехническом университете проходит VII школа-конференция молодых атомщиков Сибири. В течение трех дней молодые ученые из России и стран ближнего зарубежья будут обсуждать вопросы ядерной безопасности, развитие ядерной медицины, термоядерный синтез, а также реализацию проекта по созданию топлива и реакторов нового поколения "Прорыв".
    1549
  • 14/10/2016

    Сибирские ученые создали анальгетик без побочного действия

    ​Алтайские ученые совместно с коллегами из Томска разработали новый универсальный препарат для лечения болей различного происхождения. Особенностью нового препарата является полное отсутствие побочных эффектов, характерных для стероидных и нестероидных противовоспалительных средств.
    1368
  • 29/08/2017

    Биологи ТГУ обследуют водоемы в Арктике по заказу нефтяников

    ​Биологический институт ТГУ и компания ООО "Лукойл-Коми" приступили к реализации совместного проекта, нацеленного на обеспечение экологической безопасности водных объектов нефтегазоносных районов Арктики и прилегающих к ней территорий.
    565
  • 10/05/2018

    Томские ихтиологи исследовали хариусовую ихтиофауну мира

    ​Российские и чешские ихтиологи провели масштабное исследование, посвященное изучению хариусовой ихтиофауны мира. Результатом семилетней работы стал новый подход к определению видов – по спинному плавнику – и атлас, который, помимо классификатора, содержит информацию о генетических особенностях рыб.
    160
  • 14/04/2017

    Российские ученые приблизились к разгадке механизма выработки лечебных белков

    ​Ученые ТГУ и МГУ выявили механизмы, которые играют главную роль в продукции миокинов - белков, обладающих противовоспалительным действием. Полученные данные помогут активизировать выработку в организме веществ, снижающих уровень воспалительных процессов.
    580
  • 22/03/2017

    Алтайский государственный университет – участник Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды

    В начале 2017 года Алтайский государственный университет подписал Соглашение о создании консорциума – Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды (SecNET), среди участников которого – 10 ведущих научных и образовательных центров Сибири: Национальный исследовательский Томский государственный университет, Югорский государственный университет, Институт водных и экологических систем СО РАН, Институт биологических систем криолитозоны СО РАН (Якутск), Северо-Восточный федеральный университета им.
    886
  • 04/09/2017

    Томские ученые разработали новую программу «Медицина будущего»

    ​Ученые ТГУ и Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработают новую комплексную программу для технологической платформы "Медицина будущего". Такое решение было принято на форуме "Армия-2017", в рамках которого прошел круглый стол об аддитивных технологиях в медицине.
    902