Исследовательский дуэт Husker был признан победителем первого раунда конкурса Национальных институтов здравоохранения, направленного на разработку решений для внедрения технологии редактирования генома в клетки людей с редкими и распространенными заболеваниями.

Янош Земплени, профессор молекулярного питания Уилла Кэтер, и Цзяньтао Го, профессор химии, были выбраны победителями 1-го этапа конкурса NIH на предоставление целевого редактора генома. Конкурс состоит из трех этапов с призами на общую сумму 6 миллионов долларов; команда Университета Небраски и Линкольна вошла в число 30 первоначальных получателей, объявленных в декабре 2023 года.

Получив приз в размере 25 000 долларов, Земплени и Го продвинут разработку универсальных экзосом молока — натуральных наночастиц, содержащихся в молоке, способных транспортировать редакторы генов в любое место организма.

Эти программируемые экзосомы будут безопасными, масштабируемыми и, в отличие от обычных наночастиц, способны обходить макрофаги, клетки иммунной системы, которые уничтожают чужеродные вещества.

«С помощью нашей технологии вы можете лечить практически любое заболевание, известное человечеству, как редкое, так и распространенное», — сказал Земплени, который руководит проектом и руководит Центром профилактики ожирения в Небраске с помощью пищевых молекул. «Федеральные агентства не слишком стремятся инвестировать в лечение редких заболеваний, потому что это стоит больших денег, но выигрывают от этого лишь немногие люди.

«Благодаря гибкости нашей технологии мы можем без дополнительных затрат предоставить платформу для лечения всего, от распространенных заболеваний, таких как рак мозга, до очень редких генных мутаций, которые, возможно, затрагивают всего 500 человек в Соединенных Штатах».

Технология позволит решить одну из наиболее серьезных проблем, связанных с использованием редактирования генов для лечения заболеваний. Хотя такие инструменты, как CRISPR-cas9, могут удалять, восстанавливать или заменять ДНК, вызывающую заболевание, что может остановить рост опухоли при раке или остановить выработку вредных белков, в настоящее время нет надежных средств, гарантирующих, что редактор достигнет любого органа или ткани, связанных с определенным заболеванием. И когда генные редакторы достигают намеченной цели, они часто не выживают в достаточном количестве, чтобы изменить течение заболевания.

Решение команды Husker сочетает в себе признанный на национальном уровне опыт Zempleni в области экзосом молока и обширные навыки Го в развивающейся области биоортогональной химии. Основываясь на своих предыдущих исследованиях, Земплени знал, что экзосомы молока можно загрузить терапевтическими препаратами и внедрить их в определенную ткань организма. Он также продемонстрировал биологическую безопасность экзосом, что означает, что они вряд ли вызовут побочные реакции у пациентов.

Но его инструментам не хватало универсальности: ему нужен был метод направления экзосом в разные места в зависимости от заболевания.

Для достижения этой цели Земплени разработал подход, который позволяет ему присоединять три пептида — короткие аминокислотные цепи -; к мембране каждой экзосомы. One — это самонаводящийся пептид, который направляет экзосому на связывание с определенным участком в организме. Другой — пептид «не ешь меня», который посылает биохимические сигналы, позволяющие экзосоме препятствовать разрушению макрофагов. Последним является так называемый ретрофузионный пептид, который повышает выживаемость экзосомы, как только она попадает в клетки-мишени.

По словам Земплени, совместное использование трех пептидов является новым, и предварительные данные указывают на то, что такой подход осуществим. Но что еще более инновационно, так это подход команды к прикреплению пептидов к экзосомной мембране. Традиционные подходы встраивают липидные якоря в мембрану, затем присоединяют к этим якорям пептидные модификаторы. Проблема в том, что эти липиды притягиваются к другим липофильным соединениям в организме, что приводит к отслоению и потере прикрепленного пептида.

Подход команды из Небраски позволяет преодолеть эту проблему путем создания сайтов стыковки в мембранном белке под названием CD81, который прочно укореняется в экзосоме, предотвращая отслоение. Guo использует биоортогональные химические подходы для создания стабильных ковалентных связей между стыковочными сайтами и пептидами. Он сказал, что эта схема прикрепления придает стабильность и однородность структуре экзосом, повышая коммерческую жизнеспособность лекарственных средств на основе экзосом молока.

«Если это попадет в клинические испытания, FDA будет легче увидеть, что это определенная однородная структура, а не случайная маркировка, которая привела бы к различиям между партиями», — сказал Го, возглавляющий Центр интегрированной биомолекулярной коммуникации в Небраске.

Земплени и Го также прикрепляют полигистидиновую метку к экзосомам, что позволяет очищать их с низкой стоимостью и высокой чистотой. Метку легко удалить, если она вызовет побочные реакции у пациентов.

Упаковка экзосом молока с грузом CRISPR-cas9 и другими терапевтическими препаратами является одной из долгосрочных целей Zempleni. В конечном итоге — ; возможно, при поддержке дополнительного финансирования в рамках TARGETED Challenge -; он намерен сотрудничать с экспертом по трансгенному животноводству из Университета штата Юта для выведения козы или коровы, которые с молоком выделяют огромное количество программируемых экзосом, содержащих информацию для редактирования генов и сайты стыковки пептидов.

Для этого проекта этапа 1 он загрузит культивируемые клетки MAC-T, которые очень похожи на клетки коровьего молока, инструментами для редактирования генов с использованием ранее разработанных генетических и химических подходов.

Дизайнерские экзосомы Земплени и Го уже демонстрируют коммерческий потенциал. В конце 2023 года команда получила уведомление о получении патента на название «Внеклеточные везикулы и методы использования». Они лицензировали изобретения, содержащиеся в этом патенте, частной компании, которая сотрудничает с Roche, Inc., для использования технологии экзосом из коровьего молока для доставки РНК-препаратов при опухолях головного мозга.

Исследователи готовят свою заявку на этап 2 TARGETED Challenge, в рамках которого до 10 победителей получат 250 000 долларов и право участвовать в этапе 3. NIH объявит победителей этапа 2 в апреле 2025 года.