Nanorurki przenoszące siRNA w walce z HIV
Kasia Kuleszewicz | 2007-02-24
Nowatorską metodę dostarczania cząsteczek siRNA do limfocytów T zaproponowała grupa chemików z Uniwersytetu Stanford. Metoda, która wykorzystuje miniaturowe węglowe rurki ma być kolejnym etapem w walce z wirusem HIV. Pomimo wielu aspektów, które muszą być jeszcze udoskonalone, naukowcy przedstawiają wyniki swoich badań na łamach magazynu Angewandte Chemie.
Naukowcy przedstawili potencjalne zastosowanie węglowych nanorurek z przyłączonymi do nich cząsteczkami siRNA w wyciszaniu genów kodujących receptory na powierzchni limfocytów T, odgrywających istotną funkcję podczas ataku wirusa HIV.
Limfocyty T są białymi komórkami krwi, biorącymi udział w odpowiedzi immunologicznej. Ich działanie polega głownie na rozpoznawaniu i niszczeniu komórek zaatakowanych wirusem. Jednak one same są celem ataków wirusa HIV. Aby wirus mógł dotrzeć do limfocytu T musi najpierw połączyć się z receptorem na jego powierzchni. Jednym z takich receptorów jest receptor CD4 i koreceptor CXCR4. Naukowcy chcąc uchronić limfocyty T i tym samym wzmocnić osłabiony w zakażeniu wirusem HIV układ odpornościowy, postanowili zahamować ekspresję genów kodujących te receptory, nie pozwalając tym samym na wnikanie wirusa do limfocytów T. Pomysł ten zrodził się stosunkowo dawno, natomiast naukowcy ciągle opracowują nowe metody blokowania ekspresji genów kodujących receptory.
Jedną z takich metod jest użycie małych dwuniciowych cząsteczek RNA - siRNA. Regulacja ekspresji genów za pośrednictwem RNA, gdzie dwuniciowa cząsteczka hamuje ekspresję genów przez wiązanie się z komplementarną sekwencją genu, nazywana jest ścieżką iRNA (interferencyjnego RNA). Ścieżka ta wywodzi się z wrodzonej odporności przeciwko wirusom, kiedy to komórka rozpoznając dwuniciową cząsteczkę RNA traktuje ją jak wirusa i tnie za pomocą enzymu DICER na małe (20-25 nt) dwuniciowe fragmenty – siRNA. Jedna z nici siRNA - nić wiodąca (guide stand) zostaje wcielona do kompleksu wyciszającego (RISC – RNA-induced silencing complex) i następnie jest ona łączona z komplementarną sekwencją genu. Najczęściej dochodzi do postranskrypcyjnego wyciszania genu, kiedy to nic wiodąca łączy się z sekwencją komplementarną mRNA. Taka dwuniciowa cząsteczka zostaje zdegradowana przez kompleks wyciszający RISC, powodując tym samym brak ekspresji genu. Obecnie istnieje możliwość bezpośredniego wprowadzenia siRNA do komórek.
Wiele z wypróbowanych metod dostarczania siRNA do komórek było nieskutecznych lub mało efektywnych. Przeprowadzono próby wprowadzenia siRNA do limfocytów T z użyciem liposomów, z użyciem elektroporacji czy gradientu osmotycznego. Próbowano także wykorzystania wirusów zawierających wstawkę z DNA kodującym produkcję siRNA. Jednak ze względu na trudności w kontroli takiego DNA i niebezpieczeństwie rozwoju nowotworu szukano innych rozwiązań.
Naukowcy zaproponowali użycie węglowych nanorurek, o ściankach grubości jednego atomu i średnicy jednego nanometra, ze względu na ich unikatowe właściwości. Nanorurki są bowiem samoistnie absorbowane przez komórkę i pozwalają na "przemycenie" do jej wnętrza cząsteczek przyczepionych do ich powierzchni. Metoda opracowana przez naukowców wykorzystuje łatwość przyczepiania łańcuchów węglowodorowych do powierzchni nanorurek. Łańcuchy te z kolei mogą być połączone do siRNA za pośrednictwem glikolu polietylenowego (PEG). Glikol łączy się z siRNA za pomocą mostków siarczkowych, które po wprowadzeniu nanorurki do wnętrza komórki byłyby automatycznie degradowane przez znajdujące się tam odpowiednie enzymy. Jeszcze jednym powodem dla którego zdecydowano się na użycie glikolu polietylenowego jest jego hydrofilowość, która powoduje iż hydrofobowe nanorurki rozpuszczają się we krwi nie zlepiając się w krwioobiegu.
Grupa badawcza skonstruowała dwa typy siRNA, które docelowo mają być wprowadzane do limfocytów T podczas terapii. Jeden typ ma blokować ekspresję białek receptora CD4 i koreceptora CXCR4 – używanych przez jeden ze szczepów wirusa HIV do atakowania limfocytów T, drugi typ siRNA miałby w perspektywie wyciszać geny receptora CCR5, używanego przez inny szczep wirusa.
Niestety jak się okazało, sama metoda wyciszania ekspresji genów siRNA nie jest doskonała, ponieważ ekspresja genu kodującego białko receptora CD4 została obniżona o 60%, a CXCR4 o 80%, co nadal pozwalało na wnikanie wirusa do komórek. Kolejny problemem, jakiemu naukowcy muszą stawić czoło, jest skonstruowanie nanorurek specyficznych tylko dla limfocytów T oraz takich, które po wprowadzeniu do krwioobiegu kierowałyby się w stronę układu limfatycznego, gdzie wirus HIV robi największe spustoszenie. W przypadku specyficzności nanorurek względem limfocytów T naukowcy chcą wykorzystać przeciwciała skierowanego przeciwko receptorowi na powierzchni komórki. Kolejne aspekty nad którymi pracują naukowcy to zmiana sekwencji siRNA, tak aby efektywność wyciszania genu była wyższa, dążąc do całkowitej blokady ekspresji genu. Jak widać lista aspektów wymagających jeszcze udoskonalenia jest długa, nie mniej jednak propozycję wykorzystania nanorurek do przenoszenia siRNA można uznać za kolejny krok w walce z wirusem HIV.
Źródła:
Liu, Z., Winters, M., Holodniy, M., Dai, H. (2007) siRNA Delivery into Human T Cells and Primary Cells with Carbon-Nanotube Transporters. Angewandte Chemie 42(10)
news-medical.net, Wikiepdia: Carbon nanotube, RNA interference
Komentarze
kwiatek1952 | 2008-03-03 20:07:32
moze azitromycyna moglaby byc podlaczona do tych nanorurek - wnika do krwinek bialych, zeby to jakos wykrzystac, zawsze o tym myslalem