Наномедицина для иммунотерапии рака

Благодаря своей способности лечить самые разные заболевания, сферические нуклеиновые кислоты (СНК) способны революционизировать медицину. Но прежде чем эти наноструктуры смогут полностью раскрыть свой потенциал, исследователям необходимо оптимизировать их различные компоненты.

Исследователи университета Northwestern University во главе с пионером нанотехнологий Чедом А. Миркиным разработали прямой путь для оптимизации этих стимулирующих частиц, приблизив их на один шаг к тому, чтобы стать жизнеспособным вариантом лечения многих форм рака, генетических заболеваний, неврологических расстройств и многого другого.

«Сферические нуклеиновые кислоты представляют собой захватывающий новый класс лекарств, которые уже проходят пять клинических испытаний на людях для лечения заболеваний, включая глиобластому (наиболее распространенную и смертельную форму рака мозга) и псориаз», — говорят Чед Миркин, изобретатель СНК и Джордж. Б. Ратманн, профессор химии в Northwestern University.

Новое исследование, опубликованное на этой неделе в издании Nature Biomedical Engineering, детализирует метод оптимизации, который использует новый подход и машинное обучение для быстрого синтеза, измерения и анализа деятельности и свойств структур СНК. Процессу, который одновременно проверял более 1000 структур, способствовала новая технология SAMDI-MS.

Разработанные СНК представляют собой наноструктуры, состоящие из шарикоподобных форм ДНК и РНК, расположенных на поверхности наночастицы. Исследователи могут создавать цифровые СНК, чтобы они обладали точным, персонализированным лечением, которое отключает гены и клеточную активность, а в последнее время — использовать их еще и как вакцины, которые стимулируют собственную иммунную систему организма для лечения заболеваний, включая определенные формы рака.

СНК было трудно оптимизировать, потому что их структуры — включая размер и состав частиц, последовательность ДНК и включение других молекулярных компонентов — могут варьироваться во многих отношениях, снижая или повышая их эффективность в инициировании иммунного ответа.

Новый подход показал, что изменение структуры приводит к биологической активности, демонстрирующей неочевидный и взаимозависимый вклад в эффективность СНК. Поскольку эти отношения не были предсказаны, они, вероятно, остались бы незамеченными в типичном исследовании небольшого набора структур.

Например, способность стимулировать иммунный ответ может зависеть от размера наночастиц, их состава и / или того, как молекулы ДНК ориентированы на поверхности наночастиц.

«С помощью этой новой информации исследователи могут ранжировать структурные переменные в порядке важности и эффективности и помочь в разработке правил проектирования для эффективности СНК», — говорят ученые.

«Наше исследование показывает, что мы можем решить сложные проблемы разработки СНК, что позволит нам сосредоточиться на наиболее перспективных структурных особенностях СНК и использовать их, и, в конечном итоге, разработать мощные методы лечения рака».

Gokay Yamankurt et al, Exploration of the nanomedicine-design space with high-throughput screening and machine learning, Nature Biomedical Engineering (2019). DOI: 10.1038/s41551-019-0351-1