Исследователи Рутгерса, изучающие COVID-19, создали новый способ доставки молекул ДНК в клетки кожи, используя технику всасывания, аналогичную древней лечебной практике банок.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
В лабораторных тестах на грызунах команда использовала метод всасывания для доставки ДНК-вакцины SARS-CoV-2, которая вызвала сильный иммунный ответ – примерно в 100 раз сильнее, чем одна инъекционная вакцина. По результатам исследования спонсор исследования, биофармацевтическая компания GeneOne Life Science, Inc., лицензировала технологию для клинических испытаний вакцины COVID на людях. Клинические испытания на людях перешли в фазу II благодаря высокому уровню безопасности и иммуногенности технологии.
"Этот метод, основанный на аспирации, реализуется путем приложения умеренного отрицательного давления к коже после инъекции нуклеиновой кислоты совершенно неинвазивным способом," сказал старший автор исследования Хао Линь, профессор кафедры механической и аэрокосмической инженерии в Рутгерс-Нью-Брансуик. "Этот метод обеспечивает простую в использовании, экономичную и хорошо масштабируемую платформу как для лабораторных, так и для клинических приложений для терапевтических средств и вакцин на основе нуклеиновых кислот."
Банки – это традиционная практика, при которой на кожу кладут нагретые чашки, чтобы создать отрицательное давление, увеличивая кровообращение в этой области, чтобы способствовать заживлению. Нуклеиновая кислота – это технология нового поколения с использованием ДНК, РНК и других биомолекул, контролирующих генетическую информацию. За последние два десятилетия он значительно расширился благодаря своим перспективам в лечении и вакцинах от различных заболеваний. Совсем недавно несколько вакцин на основе нуклеиновых кислот были быстро разработаны, изготовлены и массово распространены для борьбы с пандемией COVID.
Нуклеиновая кислота работает, когда синтетические или сконструированные нуклеиновые кислоты проникают в клетки-хозяева и, используя клеточный аппарат, направляют производство закодированных белков, чтобы вызвать иммунный ответ в случае вакцины. Ключевым шагом в этом процессе является трансфекция или доставка очищенных нуклеиновых кислот через барьеры клеточной мембраны в цитоплазму (РНК) и ядро (ДНК) клеток-хозяев.
Если молекулы ДНК и РНК вводятся в ткань, они не попадают автоматически в клетки-хозяева и большинство из них быстро разлагаются, если они не защищены. Например, в вакцинах против COVID на основе мРНК липидные наночастицы используются для включения мРНК для защиты и доставки их через мембрану клетки-хозяина, чтобы продуцировать кодированный белок и спровоцировать иммунный ответ. В качестве альтернативы, электрическое поле часто используется для доставки ДНК в клетки, но этот метод обычно вызывает побочные эффекты, включая воспаление, боль и повреждение тканей.
Но в новом исследовании после инъекции чистой ДНК исследователи применили аспирацию непосредственно к участку, чтобы создать отрицательное давление на поверхности кожи. Всасывание вызывает напряжение и расслабление слоев кожи, вызывая поглощение молекул ДНК клетками кожи. По словам Линь, новый метод прост, безболезнен и не имеет известных побочных эффектов.
"Разработка усовершенствованных технологий доставки играет важную роль в обеспечении широкого использования и клинической значимости биопрепаратов на основе нуклеиновых кислот, и распространение вакцины во всем мире является лишь одним из примеров," он сказал. "Мы продемонстрировали альтернативную, безопасную и эффективную платформу трансфекции, которая обеспечивает высокий уровень экспрессии трансгена. К преимуществам также относятся экономичность устройства и масштабируемость производства, а также минимальные требования к обучению пользователей. Из-за неотъемлемых преимуществ ДНК, не в последнюю очередь из-за которых можно избежать требований холодовой цепи других вакцин, эта технология облегчает программы вакцинации в отдаленных регионах мира, где ресурсы ограничены."
Исследование было совместным предприятием инженерной школы Рутгерса и GeneOne Life Science. Команду Рутгерса возглавляли профессора Хао Линь, Джонатан Сингер, Джерри Шан, Джеффри Зан и Дэвид Шрайбер и аспиранты Эмран Лаллоу, Нандита Джумур, Джульетта Мельник и Сара Парк.