나노 입자 스크린은 약물 개발 속도를 높일 수있다

많은 과학자들이 유전자를 켜거나 끌 수있는 DNA 또는 RNA를 전달하여 질병을 치료할 방법을 찾고 있습니다. 그러나,이 분야에서 발전하기위한 주요 장애물은 그 유전 물질을 정확한 세포에 안전하게 전달하는 방법을 찾는 것이었다.

작은 입자에서 RNA 또는 DNA 가닥을 캡슐화하는 것은 유망한 접근법 중 하나입니다. 이러한 약물 전달 차량의 개발 속도를 높이기 위해 MIT, 조지아 테크 (Georgia Tech) 및 플로리다 대학 (University of Florida)의 연구팀은 이제 다른 나노 입자가 신체 내로 어디로 가는지 알아보기 위해 신속하게 테스트하는 방법을 고안했습니다.

조지아 테크 (Georgia Tech)의 조교수이자 연구 책임자 인 제임스 달만 (James Dahlman)은“약물 전달은 극복해야 할 실질적인 장애물”이라고 말했다. "생물학적 작용 기전에 관계없이 모든 유전자 요법은 대상 조직으로 안전하고 구체적인 약물을 전달해야합니다."

2 월 6 일주의 국립 과학원 (National Academy of Sciences) 절차에 설명 된이 접근법 은 과학자들이 신체의 정확한 위치에 유전자 요법을 목표로 삼는 데 도움이 될 수 있습니다.

MIT 화학 공학과의 부교수이자 멤버 인 Daniel Anderson은“특정 장소로가는 나노 입자를 식별하는 데 사용될 수 있으며, 그 정보로 특정 페이로드를 염두에두고 나노 입자를 개발할 수있다”고 말했다. MIT의 Koch 통합 암 연구 연구소 및 의료 공학 및 과학 연구소 (IMES).

이 논문의 수석 저자는 앤더슨입니다. Robert Langer, MIT의 David H. Koch Institute 교수 및 Koch Institute 회원 플로리다 대학의 교수 인 에릭 왕. 다른 저자로는 대학원생 Kevin Kauffman, 최근 MIT 졸업생 Yiping Xing 및 Chloe Dlott, MIT 학부 Taylor Shaw 및 Koch Institute 기술 조수 Faryal Mir가 있습니다.

표적 질병

표적 세포에 DNA를 전달할 수있는 신뢰할만한 방법을 찾는 것은 과학자들이 유전자 치료의 가능성을 깨닫는 데 도움이 될 수 있습니다. 낭포 성 섬유증 또는 혈우병과 같은 질병을 치료하는 방법은 누락되거나 결함이있는 버전을 대체하는 새로운 유전자를 전달합니다. 새로운 치료법에 대한 또 다른 유망한 접근법은 RNA 간섭이며, 이는 siRNA로 알려진 짧은 가닥의 RNA로 과잉 활성 유전자를 차단함으로써 사용할 수 있습니다.

그러나 신체가 바이러스와 같은 외래 유전자 물질에 ​​대한 많은 방어 메커니즘을 발전시켜 왔기 때문에 이러한 유형의 유전자 물질을 체세포에 전달하는 것은 어려운 것으로 입증되었습니다.

이러한 방어를 피하기 위해 Anderson의 실험실은 지질이라고 불리는 지방 분자로 만든 많은 것을 포함하여 유전 물질을 보호하고 특정 목적지로 운반하는 나노 입자를 개발했습니다. 이 입자들 중 많은 부분이 간에서 혈액을 걸러내는 역할을하기 때문에간에 축적되는 경향이 있지만 다른 장기를 표적으로하는 입자를 찾기가 더 어려웠습니다.

앤더슨은“우리는 특정 조직으로 나노 입자를 전달하는 데 능숙했지만 모든 조직이 아니라”고 말했다. "우리는 또한 입자의 화학이 다른 목적지를 목표로하는 데 어떤 영향을 미치는지 실제로 파악하지 못했습니다."

유망한 후보를 식별하기 위해 Anderson의 실험실은 크기 및 화학적 조성과 같은 다양한 특성으로 수천 개의 입자 라이브러리를 생성합니다. 그런 다음 연구원들은 입자를 실험실 접시에서 자라는 특정 세포 유형에 놓고 입자가 세포에 들어갈 수 있는지 확인하여 입자를 테스트합니다. 최고의 후보는 동물에서 테스트됩니다. 그러나 이것은 느린 프로세스이며 시도 할 수있는 입자 수를 제한합니다.

앤더슨은“우리가 가진 문제는 테스트 할 수있는 것보다 훨씬 더 많은 나노 입자를 만들 수 있다는 것입니다.

이러한 장애물을 극복하기 위해 연구원들은 약 60 개 뉴클레오티드의 DNA 서열로 구성된“바코드”를 각 유형의 입자에 추가하기로 결정했습니다. 입자를 동물에 주입 한 후 연구자들은 다른 조직에서 DNA 바코드를 검색 한 다음 바코드를 시퀀싱하여 어느 입자가 어디에서 끝나는 지 확인할 수 있습니다.

Dahlman은“우리가 할 수있는 것은 한 마리의 동물 안에서 한 번에 많은 다른 나노 입자를 테스트하는 것입니다.

입자 추적

연구진은 먼저 폐와 간을 표적으로 한 것으로 밝혀진 입자를 테스트하고 예상대로 진행되었음을 확인했습니다. 

그런 다음 연구원들은 한 가지 주요 특성, 즉 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)로 알려진 성분의 구조 인 30 가지의 다른 지질 나노 입자를 선별했습니다.이 물질은 혈류에서 수명을 늘리기 위해 약물에 종종 첨가되는 중합체입니다. 지질 나노 입자는 또한 그들의 화학 조성의 크기 및 다른 측면에서 다양 할 수있다.

각 입자는 또한 30 개의 DNA 바코드 중 하나로 태그되었다. 신체의 다른 부분에있는 바코드를 시퀀싱함으로써 연구원들은 간과 폐 외에 심장, 뇌, 자궁, 근육, 신장 및 췌장을 표적으로 한 입자를 식별 할 수있었습니다. 향후 연구에서, 그들은 다른 조직에서 다른 입자를 제로로 만드는 것을 조사 할 계획입니다.

연구원들은 또한 간을 목표로하는 입자들 중 하나에 대해 추가 테스트를 수행했으며, 혈액 응고 인자에 대한 유전자를 끄는 siRNA를 성공적으로 전달할 수 있음을 발견했습니다.

Skoltech Functional Genomics Center의 소장 인 Victor Koteliansky는이 기술을 유망한 나노 입자를 식별하여 RNA와 DNA를 전달하는 프로세스를 가속화하는 "혁신적인"방법이라고 설명했습니다.

“좋은 입자를 찾는 것은 매우 드문 일이므로 많은 입자를 선별해야합니다. 이 접근법은 더 빠르며 입자가 체내로 이동하는 위치를 더 깊이 이해할 수있게 해줍니다.”라고 연구에 관여하지 않은 Kotelianksy는 말합니다.

이러한 유형의 스크린은 또한 중합체로 제조 된 것과 같은 다른 종류의 나노 입자를 시험하는데 사용될 수있다. Dahlman은“전국 및 전세계의 다른 실험실에서 시스템이 작동하는지 확인하기를 기대하고 있습니다.