Šéf výzkumného týmu, Daniel Siegwart, Ph.D. Kredit: UT Southwestern Medical Center

Masivní, kompaktní nádory (solid tumors) vytvářejí ohraničené abnormální tkáňové útvary. Jak rostou, obklopují se těžko proniknutelnou molekulární barikádou. Není to jen tak, přes ní propašovat léky. Vědcům z Jihozápadního lékařského centra Texaské univerzity v Dallasu (University of Texas Southwestern Medical Center) se podařilo vyvinout lipidové nanočástice, které to svedou. Nejen překonají obranné linie nádoru a doputují až k samotným nekontrolovatelně se dělícím buňkám, ale přes jejich buněčnou stěnu propašují do cytoplasmy důležitý náklad – genetickou „samočinnou“ soupravu naprogramovanou na editaci předem určených genů. Takové genetické manipulace in vivo mohou tlumit růst tumoru i aktivovat imunitní systém.

Vědci, kteří tyto transportní nanočástice popsali ve studii zveřejněné v časopisu Nature Nanotechnology, to dokázali u nádorů vaječníků a jater transgenních myší s cílenou genetickou predispozicí k těmto onkologickým nemocem. Podle hlavního autora studie, Daniela Siegwarta, docenta biochemie na UT Southwestern, jde o velice perspektivní způsob, jak využít genetický nástroj CRISPR-Cas9 v léčbě rakoviny. CRISPR je velice důmyslná metoda genetické editace, jejíž princip jsme před více než deseti lety odkoukali od bakterií. Je to jejich účinná antivirová obrana. To, co evoluce v souboji mezi bakteriemi a viry vyvíjela po stovky milionů let, dokázali vědátoři během krátké doby uzpůsobit a rozvinout do metodiky CRISPR-Cas9, jež umožňuje selektivně upravovat DNA uvnitř živých buněk. Chce to však ještě dořešit efektivní dopravu genetické zásilky do cíle.

CRISPR-Cas9 je přizpůsobitelný nástroj, který vědcům umožňuje stříhat a vkládat malé kousky DNA na přesně daná místa podél řetězce DNA. Nástroj se skládá ze dvou základních částí: proteinu Cas9, který funguje jako klíč, a specifických RNA vodítek, CRISPRů, které fungují jako sada různých nástrčných hlavic. Tato vodítka nasměrují protein Cas9 na správný gen nebo oblast na řetězci DNA, která kóduje určitý znak. Kredit: Ernesto del Aguila III, NHGRI, Wikipedia CC 2.0

Tým Daniela Siegwarta již deset let studuje a navrhuje nové lipidové nanočástice – miniaturní kuličky tukových molekul, které dokážou do buněk určité tkáně živého organismu přenášet náklad molekul léčiva nebo genetické informace v podobě ribonukleové kyseliny. Na tomto principu byly například vyvinuty i mRNA vakcíny proti COVID-19 (Pfizer a Moderna), kde lipidové nanočástice transportovaly mediátorovou RNA – genetický předpis pro syntézu koronavirového spike proteinu.

Vědci z Texaské univerzity se však zaměřili na rakovinu a využili lipidové nanočástice, které již dříve uzpůsobili k dopravě léků do nemocných jater. Nyní ale do tukového mini balíčku vložili kousek takzvané „malé interferující RNA“ (siRNA - small interfering RNA), schopné utlumit expresi klíčového genu pro fokální adhezívní kinázu (FAK) - součást obranného systému buněk některých nádorů.

"Cílení na FAK nejen oslabuje ochrannou barikádu kolem nádorů a usnadňuje samotným nanočásticím se do něho dostat, ale také dláždí cestu pro vstup imunitním buňkám“, vysvětluje první autor článku, postdoktorand Di Zhang, Ph.D.

Mechanismus působení lipidových nanočástic přenášejících do nádoru genetické nástroje na oslabení ochranného extracelulárního matrixu a vyřazení genu pro protein PD-L1. To umožní imunitním T buňkám zaútočit na nádorové buňky. Kredit: Nature Nanotechnology (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01122-3 (upraveno)

I samotný imunitní systém dokáže eliminovat různě poškozené buňky, tedy i rakovinové. Proti tomu se ale rostoucí kompaktní nádor dokáže bránit nejen málo propustným povrchem, ale i vyšší hladinou proteinu s označením PD-L1. Brzdí aktivitu imunitního systému a zvyšuje agresivitu rakoviny. Vědci proto kromě zmíněné siRNA do nanočástic zapouzdřili i molekulární mechanismus CRISPR-Cas9 naprogramovaný právě ke změně genu pro protein PD-L1 tak, aby ho buňky již neprodukovaly.

První testy nových nanočástic na čtyřech typech modelových myších linií s rakovinou vaječníků a jater dopadly velice nadějně. Přítomná siRNA vypnula gen pro fokální adhezívní kinázu FAK, v důsledku čeho se jinak tuhá obalová vrstva nádorů rozvolnila a stala se tak prostupnější. Do útrob samotného nádoru se pak probojovalo mnohem více dopravních nanočástic, jejichž zásilka v účinné míře pozměnila gen pro protein PD-L1 v buňkách.

V porovnání s myškami v kontrolní skupině, které byly „léčeny“ jen prázdnými nanočásticemi, jejich o něco šťastnějším družkám terapie nanočásticemi s nákladem pro cílenou genetickou manipulaci DNA nádorových buněk prodloužila život na asi dvojnásobek. Jejich nádory se o asi osminu zmenšily a byly osídleny imunitními buňkami.

##seznam_reklama##

I když výsledky jsou povzbudivé, jde o počáteční studii. K potvrzení bezpečnosti a účinnosti nových nanočástic také u dalších typů nádorů povede nejspíš ještě dlouhá cesta. Vědci jsou přesvědčeni, že jejich metoda může výrazně přispět k účinnosti existujících imunoterapeutických postupů při léčbě rakoviny, protože se navzájem podporují. V obou případech je imunitní systém vybuzen k útoku na nádorové buňky.

Video: Úprava genomu pomocí CRISPR-Cas9 Kredit: McGovern Institute

Literatura: Nature Nanotechnology, The University of Texas Southwestern Medical Center