Επιστήμονες αποκαλύπτουν νέο μόριο για αποτελεσματική μεταφορά DNA σε κύτταρα

Ερευνητές από το Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο του Τόκιο ανέπτυξαν ένα νέο μόριο που υπόσχεται να βελτιώσει σημαντικά τη μεταφορά DNA σε βιολογικά κύτταρα, ανοίγοντας τον δρόμο για πιο ασφαλείς και αποτελεσματικές θεραπείες και εμβολιασμούς. Οι υπάρχουσες τεχνικές συχνά χρησιμοποιούν θετικά φορτισμένα μόρια για να συνδέσουν το αρνητικά φορτισμένο DNA, αλλά αυτά μπορεί να προκαλέσουν φλεγμονή και άλλες ανεπιθύμητες αντιδράσεις. Η νέα προσέγγιση της ομάδας βασίζεται σε ένα ουδέτερο μόριο και μια καινοτόμο μέθοδο σύνδεσης με το DNA, μειώνοντας σημαντικά τις πιθανές παρενέργειες.

Η πρόκληση της μεταφοράς γενετικών πληροφοριών

Η γενετική θεραπεία και οι σύγχρονες εμβολιαστικές τεχνικές απαιτούν τη μεταφορά DNA ή RNA στα κύτταρα. Το DNA μπορεί να ενσωματωθεί μόνιμα στο γονιδίωμα ή να χρησιμοποιηθεί προσωρινά για την παραγωγή θεραπευτικών πρωτεϊνών. Ωστόσο, το μεγαλύτερο εμπόδιο είναι η κυτταρική μεμβράνη, η οποία εμποδίζει την είσοδο των γυμνών μορίων DNA ή RNA.

Για να ξεπεραστεί αυτό, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν οχήματα χορήγησης: μόρια ή σύμπλοκα που επιτρέπουν την απορρόφηση του γενετικού υλικού από τα κύτταρα. Για το πλασμιδιακό DNA, μια κοινή μέθοδος είναι η χρήση θετικά φορτισμένων πολυμερών. Τα αρνητικά φορτισμένα DNA συνδέονται με τα θετικά φορτία, σχηματίζοντας συμπλέγματα που εισέρχονται πιο εύκολα στα κύτταρα. Ωστόσο, η προσέγγιση αυτή μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή ή να σχηματίσει ανεπιθύμητα συσσωματώματα με άλλα μόρια στο περιβάλλον των κυττάρων, ειδικά στον μυϊκό ιστό κατά τις ενδομυϊκές εγχύσεις.

Η καινοτομία της ομάδας του Τόκιο

Η ομάδα του καθηγητή Shoichiro Asayama ανέπτυξε ένα ουδέτερο πολυμερές, την πολυ(αιθυλενογλυκόλη) (PEG), συνδεδεμένο με μια «κολλώδη» βάση θυμίνης, ένα από τα τέσσερα δομικά στοιχεία του DNA. Η βάση θυμίνης προσκολλάται στο DNA μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται «ανόπτηση»: όταν το DNA θερμανθεί ελαφρώς, η διπλή αλυσίδα ξετυλίγεται μερικώς, επιτρέποντας στη θυμίνη να σχηματίσει ασθενείς δεσμούς υδρογόνου με τις εκτεθειμένες περιοχές.

Με αυτόν τον τρόπο, το DNA συνδέεται με το νέο μόριο, δημιουργώντας ένα σύμπλεγμα που δεν φέρει φορτίο και επομένως δεν προκαλεί φλεγμονή ή ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια. Η ομάδα ονόμασε αυτή τη δομή SNTC (σύμπλεγμα μονής νουκλεοβάσης-τελικού άκρου).

Εντυπωσιακά αποτελέσματα στα πειράματα

Τα πειράματα σε ποντίκια έδειξαν ότι το νέο σύμπλεγμα αυξάνει την πρόσληψη DNA από τα κύτταρα έως και 14 φορές σε σχέση με τη χρήση «γυμνού» DNA. Επιπλέον, η ουδέτερη φύση του μορίου περιορίζει την τοπική φλεγμονή, καθιστώντας το πιο ασφαλές για εφαρμογές σε ζωντανούς οργανισμούς.

Η ομάδα βελτιστοποίησε τη σύνθεση του SNTC διερευνώντας την αναλογία μεταξύ των αλυσίδων θυμίνης-PEG και του DNA, εξασφαλίζοντας την καλύτερη πρόσληψη και σταθερότητα του συμπλόκου. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι η προσέγγιση μπορεί να αυξήσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των θεραπειών που βασίζονται στη χορήγηση γενετικού υλικού, χωρίς τις παραδοσιακές παρενέργειες των θετικά φορτισμένων πολυμερών.

Επιπτώσεις και μελλοντικές εφαρμογές

Το νέο μόριο έχει δυνητικά ευρύ πεδίο εφαρμογής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε γονιδιακές θεραπείες για την αντιμετώπιση γενετικών ασθενειών, καθώς και σε εμβολιαστικές πλατφόρμες που βασίζονται σε DNA ή RNA. Η αύξηση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας των μορίων χορήγησης ανοίγει τον δρόμο για θεραπείες που μέχρι σήμερα ήταν περιορισμένες από τις παρενέργειες των παραδοσιακών πολυμερών.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε από την Ιαπωνική Εταιρεία για την Προώθηση της Επιστήμης και το πρόγραμμα ARIM του Υπουργείου Παιδείας, Πολιτισμού, Αθλητισμού, Επιστήμης και Τεχνολογίας (MEXT). Η ανακάλυψη του SNTC αναδεικνύει τη σημασία των νανοτεχνολογικών προσεγγίσεων στη βιοϊατρική και τη δυνατότητα δημιουργίας πιο ασφαλών και αποτελεσματικών μορίων μεταφοράς γενετικού υλικού.

Η ανάπτυξη του νέου ουδέτερου μορίου για τη μεταφορά DNA αποτελεί σημαντική πρόοδο στη γονιδιακή θεραπεία και τη βιοϊατρική έρευνα. Με τη δυνατότητα να μεταφέρει DNA στα κύτταρα αποτελεσματικά και χωρίς φλεγμονώδεις αντιδράσεις, το SNTC μπορεί να βελτιώσει τις θεραπείες για ασθένειες, να ενισχύσει τις εμβολιαστικές πλατφόρμες και να διευρύνει τις δυνατότητες της σύγχρονης ιατρικής.

Η καινοτομία αυτή δείχνει πώς η έξυπνη σχεδίαση μορίων, η χρήση ουδέτερων πολυμερών και η ακριβής βιοχημική σύνδεση με το DNA μπορούν να ξεπεράσουν τις παραδοσιακές προκλήσεις της γενετικής θεραπείας, φέρνοντας τη μεταφορά DNA σε κύτταρα πιο κοντά στην καθημερινή εφαρμογή και την κλινική χρήση.