Гидрогелевое устройство обеспечивает безболезненную трансдермальную доставку нуклеиновых кислот для иммунотерапии рака
Однако эффективная доставка этих нуклеиновых кислот in vivo, особенно когда требуется цитозольная доставка без оставления остаточных материалов в организме, остается нерешенной.
Исследование под руководством профессора Ши Пэна с кафедры биомедицинской инженерии Городского университета Гонконга (CityUHK) решило эту проблему путем разработки многофункционального органического электронного устройства на основе гидрогеля.
Инновационное устройство способно осуществлять трансдермальную доставку нуклеиновых кислот и электропорацию микрочипов клеток in vivo, представляя собой многообещающее решение для одноэтапной, самостоятельной и безболезненной трансдермальной доставки генов в клинической иммунотерапии.
«Эта технология может трансформировать использование терапии на основе нуклеиновых кислот в организме человека, позволяя использовать иммунную систему в качестве инструмента для лечения различных заболеваний, включая рак», — сказал профессор Ши.
Результаты исследования были опубликованы в Трудах Национальной академии наук под названием «Трансдермальная микрочиповая электропорация для улучшенной иммунотерапии рака на основе ДНК-вакцинации».
Уникальность этой технологии заключается в ее подходе без следов, обеспечивающем простой и эффективный метод введения ДНК/РНК в организм человека без оставления дополнительных реагентов. Этот метод генетически конструирует подкожные иммунные клетки для терапевтических целей без необходимости системного введения большого количества нуклеиновых кислот.
Схема трансдермальной микрочиповой электропорации для улучшенной иммунотерапии рака на основе ДНК-вакцинации. Кредит: Труды Национальной академии наук (2024). DOI: 10.1073/pnas.2322264121
«Самой сложной частью этого исследования была разработка электронного устройства на основе гидрогеля, объединяющего множество функций в единую конструкцию», — сказал профессор Ши.
«Это устройство осуществляет проникновение в кожу, инкапсуляцию и высвобождение ДНК, а также клеточную электропорацию в ходе запрограммированных последовательных операций на коже».
Исследование обещает произвести революцию в доставке вакцин на основе нуклеиновых кислот, предлагая безболезненное решение с помощью носимого электронного пластыря на коже. Инновация заключается в использовании проводящего гидрогеля для изготовления микромасштабных электродов, предварительно загруженных ДНК, кодирующей белки антигенов, специфичные для рака.
При нажатии на кожу электроды проникают в поверхностный слой, регидратируют и под действием электрического тока высвобождают ДНК в подкожное пространство.
Затем устройство применяет запрограммированную электрическую импульсацию для достижения высокоэффективной трансфекции ДНК в дендритных клетках, активируя специфический для рака адаптивный иммунитет. Было показано, что этот метод эффективно подавляет рост опухоли как в терапевтическом, так и в профилактическом режиме в моделях грызунов.
Флуоресцентные изображения, демонстрирующие экспрессию OVA в подкожных дендритных клетках (CD11c+) через 48 часов после трансдермальной доставки OVA-ДНК с помощью µEPO. Источник: Труды Национальной академии наук (2024). DOI: 10.1073/pnas.2322264121
Помимо иммунотерапии рака, эту технологию можно адаптировать для различных методов лечения на основе ДНК и РНК, включая вакцины от инфекционных заболеваний и генную терапию генетических заболеваний.
В планы исследовательской группы на будущее входит усовершенствование устройства для использования человеком и изучение его эффективности в лечении различных видов рака и других заболеваний. Это новаторское исследование открывает новые возможности для применения медицины на основе нуклеиновых кислот, потенциально преобразуя ландшафт терапевтического и профилактического здравоохранения.