A szív- és érrendszeri betegségek továbbra is a világ vezető halálokai közé tartoznak. Az elmúlt években azonban a szívelégtelenség kezelésében jelentős előrelépések nem történtek, főként azért, mert a terápiák sejtszintű célba juttatása rendkívül nehéz feladatnak bizonyult. Egy most megjelent kutatás azonban áttörést hozhat ezen a területen: egy kaliforniai kutatócsoport egy innovatív megoldással törte meg ezt a korlátot, amely új, életmentő kezelések kifejlesztését teheti lehetővé.
A szív-on-a-chip technológia – mini szívmodell a laborban
A kutatás alapját egy humán kardiális mikro-fiziológiai rendszer (MPS), vagyis egy úgynevezett szív-on-a-chip képezi. Ez egy apró, mesterségesen létrehozott modellje az emberi szívnek, amely 3D-s mikroszkopikus izomszöveteket tartalmaz. Az ilyen eszközök mikrofuidikus csatornákból állnak, amelyek átmérője kisebb, mint egy emberi hajszál vastagsága, és élő emberi sejtek borítják őket. A folyadékáramlás és más paraméterek szabályozásával a kutatók képesek utánozni a szív fiziológiájának különböző aspektusait.
Lipid nanorészecskék és az mRNS célzott szállítása
A UC Berkeley, a Gladstone Intézetek és az UCSF kutatóinak együttműködésében készült tanulmányban sikerült felfedezniük egy olyan lipid nanorészecskét, amely képes áthatolni a sűrű szívizomszöveten és hatékonyan eljuttatni terápiás messenger RNS-t (mRNS) közvetlenül a szívizomsejtekbe, vagyis a kardiomiocitákba.
Mi is az a lipid nanorészecske? Ezek apró, gömb alakú részecskék, amelyek zsírokból állnak és képesek terápiás anyagokat – például mRNS-t – magukba zárni. A lipid nanorészecskék jelenleg az egyik legfejlettebb nem vírusos hordozói rendszereknek számítanak az mRNS génszerkesztési terápiákban és vakcinákban is, mint amilyeneket például a Pfizer-BioNTech és Moderna COVID-19 oltások alkalmaznak.
Az endoszómális kijutás kihívása
Egyik legnagyobb akadálya annak, hogy az mRNS hatékonyan eljusson a kardiomiocitákhoz, az úgynevezett endoszómális kijutás. Az endoszóma egyfajta sejten belüli „rendezőállomás”, ahol az anyagok sorsa eldőlhet: ha a terápiás molekula bennreked itt, akkor lebomlik és elveszíti hatékonyságát. Ezért létfontosságú, hogy a lipid nanorészecske képes legyen kijutni az endoszómából és bejutni a sejt citoplazmájába, ahol az mRNS felszabadulhat és kifejtheti gyógyító hatását.
Innovatív megoldás: savas környezetben lebomló PEG bevonat
A kutatók ezért olyan lipid nanorészecskéket fejlesztettek ki, amelyek savas környezetben lebomló polietilén-glikol (PEG) bevonattal rendelkeznek. Ez a bevonat lehetővé teszi, hogy a részecske könnyen áthatoljon a szívszöveten és ugyanakkor hatékonyan kijusson az endoszómából.
A különböző változatokat először a szív-on-a-chip modellen tesztelték le, így kiválasztották azt az iterációt, amelyik legjobban teljesített az mRNS célzott eljuttatásában. Ezt követően egereken is kipróbálták ugyanazokat a lipid nanorészecskéket, ahol hasonlóan pozitív eredményeket értek el.
A jövő perspektívái: gyorsabb fejlesztés kevesebb állatkísérlettel
Kevin Healy, a tanulmány társigazgatója szerint ez az organ-on-a-chip megközelítés lehetőséget ad arra, hogy pontosabban előre jelezzék az élő szervezetekben várható eredményeket. Ez felgyorsíthatja az mRNS-alapú kardiális terápiák fejlesztését.
A modell egyik legnagyobb előnye abban rejlik, hogy képes hűen visszaadni a mikroszkopikus 3D sejtkörnyezetet – ellentétben a hagyományos 2D-s modellekkel, amelyek csak egyetlen sejtréteget tartalmaznak petri-csészében.
„Ez a keretrendszer lehetővé teszi hatékony lipid nanorészecskék gyorsabb és állatkísérleteket csökkentő kiválasztását ezeknek a terápiáknak biztonságos célba juttatására.” – mondta Healy professzor.
„Az organ-on-a-chip modellek alkalmazásával pontosabban megjósolhatjuk a szívre irányuló terápiák biztonságosságát és hatékonyságát, így felgyorsíthatjuk olyan programokat, amelyek új kezeléseket kínálnak szívelégtelenségre, kardioprotektív faktorokra és génkorrekcióra.”
Összegzés
Ez az új kutatás jelentős előrelépést jelenthet a szívbetegségek kezelésében alkalmazott génterápiák terén. A szív-on-a-chip technológia segítségével sikerült megtalálni azt a lipid nanorészecskét, amely képes hatékonyan átjutni a sűrű szívizomszöveten és biztonságosan eljuttatni az mRNS-t közvetlenül a célsejtekhez. Ez nemcsak új lehetőségeket nyit meg életmentő kezelések fejlesztésében, hanem hozzájárulhat ahhoz is, hogy kevesebb állatkísérletre legyen szükség és gyorsabban jussanak el ezek az innovációk klinikai alkalmazásig.
