Будущие способы терапии ряда заболеваний, таких как рак и ВИЧ, могут быть основаны на применении малых интерферирующих РНК (small interfering RNA), блокирующих гены, связанные с заболеванием. Однако для создания подобного метода терапии исследователи должны решить проблему безопасной и эффективной доставки этих молекул в клетки.

В рамках работы над такой «терапией будущего» исследователям удалось разработать частицу с низкой токсичностью, которая сопровождает нуклеиновую кислоту в клетку и способствует ее высвобождению в цитозоле.

Для доставки малых интерферирующих РНК (ми-РНК) в клетки исследователям необходимо разработать способ перемещения отрицательно заряженных молекул через гидрофобные мембраны клеток. Применявшиеся ранее стратегии основывались на том, что клетка адсорбировала молекулы и малые частицы, инкапсулированные в эндосомы – мембранные внутриклеточные органеллы, один из типов везикул, образующихся при слиянии и созревании эндоцитозных пузырьков.

Тем не менее, по словам Дэвида Томпсона (David Thompson) из Университета Пэрдю, эндосомная доставка решает лишь половину задачи – попав в клетку, ми-РНК должны высвободиться из эндосомы и попасть в цитозоли. Томпсон планировал разработать материалы, которые могли бы высвобождать свое содержимое, реагируя на биологические сигналы, такие как уровень кислотности около и внутри цитосом.

Для того, чтобы облегчить проникновение в клетку ми-РНК химики смешали положительно заряженный β-циклодекстрин (синие цилиндры) с полимером, состоящими из поливинилового спирта (черная кривая), полиэтиленгликоля (серые закорючки) и холестерина (красные шестиугольники). Материал, полученный таким общим, образует комплекс с ми-РНК, способный проникать через мембрану клетки. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja300690j)

Средство для доставки ми-РНК в клетку, разработанное в группе Томпсона, представляет собой полимерную основу поливинилового спирта с боковыми группами – остатками полиэтиленгликоля и холестерина. Остатки полиэтиленгликоля способствуют увеличению растворимости материала в воде, а остатки холестерина – связыванию полимера с β-циклодекстриновыми остатками за счет гидрофобных взаимодействий. Связавшись с полимером, остатки β-циклодекстрина за счет введенных в них аминогрупп, находящихся в протонированном состоянии, помогают полимеру связываться с отрицательно заряженными депротонированными ми-РНК, и полимер, «обертывается» вокруг нуклеиновой кислоты, образуя единую частицу.

Исследователи протестировали свой метод доставки лекарственных препаратов на клеточной линии клеток хомяка, генетическая модификация которых придавала им способность экспрессии зеленого флуоресцентного белка. Они смешали комбинированный полимер, содержащий циклодекстриновые фрагменты, с ми-РНК, способной блокировать работу гена, ответственного за экспрессию зеленого флуоресцирующего белка. Размер полученных в результате этой операции лежал в пределах 120-170 нм; по результатам исследований поверхность полученных везикул оставалась практически незаряженной.

После того, как капсулы, содержащие ми-РНК ввели, в контакт с клеточной культурой, флуоресценция клеток упала на 85%.Следует отметить, что хотя при доставке ми-РНК в клетки с помощью полиэтиленимина, достигается сходный эффект, частицы, разработанные Томпсоном, менее токсичны, чем разветвленный полиэтиленимин примерно в два раза.