Изследователите откриват причината за рядкото, смъртоносно заболяване, което превръща устните и кожата на бебето в синьо: модели на мишки, разработени с помощта на технологията CRISPR, водят до възможно лечение с наночастици

Учените са използвали метод за редактиране на ген, наречен CRISPR/Cas9, за да генерират мишки, които точно имитират сериозно респираторно заболяване при новородени, което посинява устните и кожата им. Новият лабораторен модел позволява на изследователите да определят точно причината за заболяването и да разработят възможно и много необходимо лечение на базата на наночастици.

причината

Предимно нелечима, алвеоларна капилярна дисплазия с несъответствие на белодробните вени (ACDMPV) обикновено засяга бебетата в рамките на един месец от раждането, според изследователи от Медицинския център за детска болница в Синсинати, които публикуват резултати в Американския вестник по медицина за респираторни и критични грижи. Болестта гладува белодробната система на кислорода, след като белите дробове не правят правилно кръвоносните съдове по време на развитието на органите. Липсата на малки кръвоносни съдове, наречени алвеоларни капиляри, причинява хипоксия, възпаление и смърт.

„Няма ефективно лечение, освен трансплантация на бели дробове, така че нуждата от нови терапевтични средства е спешна“, казва д-р Влад Калиниченко, доктор по медицина в Перинаталния институт за детска белодробна регенеративна медицина в Синсинати и водещ изследовател на изследването. "Идентифицирахме терапевтична стратегия за наночастици за увеличаване на броя на алвеоларните капиляри и поддържане на дихателната функция за поне подгрупа от деца с това вродено белодробно заболяване."

Болестта отдавна е свързана с мутации в гена FOXF1, важен регулатор на ембрионалното развитие на белите дробове. Оставащият пъзел до това проучване са прецизните микробиологични процеси, които подхранват ACDMPV, казват изследователите.

Откриването на връзката STAT3

Работейки с екипа от Павел Станкевич, доктор по медицина, в Медицинския колеж Baylor в Хюстън, лабораторията на Калиниченко анализира генетична информация от случаи на човешки ACDMPV, за да генерира първия клинично значим животински модел на ACDMPV. Тя използва CRISPR/Cas9 нови човешки мутации FOXF1 при мишки. CRISPR-Cas9 позволява прецизно редактиране на гени чрез използване на ензим за изрязване на специфични участъци от ДНК последователност и прикрепване на свободните краища до желаната точка на клетката, за да се промени генетичния състав.

Използвайки клинично точни миши модели на заболяването, ACDMPV позволи на учените да преодолеят дългогодишната пречка за разбиране на това как еволюира болестта, пишат авторите.

Работата разчита и на обширни биоинформатични анализи на клинични и лабораторни данни, получени от биологични тестове. Това включва техника, наречена ChIP-Seq (която анализира протеин-ДНК взаимодействията), и цялостно секвениране на екзома (която показва подреждането на всички кодиращи протеина региони на гените).

Чрез изследване на взаимодействия протеин-ДНК, свързани с гена FOXF1 в белодробни клетки, авторите на изследването установяват, че специфична точкова мутация с FOXF1 в мястото на свързване на ДНК на S52F на атомния протеин FOXF1. Мутацията блокира молекулярната сигнализация на няколко целеви гена надолу по веригата, които участват в образуването на белодробни кръвоносни съдове.

Те също така откриха, че мутиралият протеин S52F FOXF1 не взаимодейства с протеин, наречен STAT3. Връзката е от решаващо значение за насърчаването на развитието на кръвоносните съдове в новородените бели дробове. Това доведе до липса на STAT3 в развитието на белите дробове и неправилно формиране на белодробната кръвоносна система.

Изследователите също така откриха дефицит на STAT3 в дарени проби от пациенти с ACDMPV, които вече са имали специфични точкови мутации в гена FOXF1.Авторите предполагат, че лечението на новородени мишки със STAT3 ще насърчи развитието на кръвоносните съдове в белите дробове. Трябваше да разберете как да вкарате протеина в белите си дробове.

Разтвор на наночастици STAT3

Изследователите се насочиха към технологията на наночастиците, за да доставят мини-ген STAT3 в белите дробове на новородени мишки. Те създадоха нова формулировка за така наречените полиетилениминови (PEI) наночастици.

Подобните на желатин PEI наночастици могат да носят терапевтичен генетичен материал върху различни части на тялото, като ги прилагат на пациенти интравенозно. Понастоящем различни формулировки на наночастици PEI се тестват в клинични проучвания за рак на възрастни върху други органи, според авторите на изследването.

Терапевтично приложение на STAT3 ДНК на новородени мишки, което с мутация S52F FOXF1 възстановява способността на ендотелните клетки да оформят белодробни кръвоносни съдове. Това стимулира растежа на кръвоносните съдове при животните и образуването на въздушни торбички, наречени алвеоларен процес.

"Ако ефективността на наночастиците PEI бъде потвърдена в клинични проучвания за рак на възрастни, PEI, може да се обмисли за STAT3 генна терапия при бебета с ACDMPV", каза Калиниченко. „Като се има предвид, че ACDMPV е рядко заболяване, ще е необходимо многоцентрово клинично изпитване, за да се оцени ефективността на STAT3 генната терапия при ACDMPV новородени и бебета.“

Първият автор на изследването д-р Арун Прадхан, изследовател, работи в лабораторията на Калиниченко.

Финансовата подкрепа за проучването идва от Националните здравни институти (HL84151, HL141174, HL123490, HL137203, HL132849 и безвъзмездни средства от Националната организация за редки заболявания.