В мае междисциплинарная исследовательская группа MUSC выиграла первую премию Blue Sky Award, которая предоставила 100 000 долларов США для финансирования своего проекта по восстановлению зрения у пациентов с возрастной дегенерацией желтого пятна (AMD) путем перезарядки батарей клеток глаза. Премия «Голубое небо» была создана для поощрения исследований с высоким риском и высокой прибылью, которые могут оказать глубокое влияние на уход за пациентами, но вряд ли привлекут традиционное финансирование из-за сложности проектов.
Группу возглавляет Бербель Рорер, доктор философии. , Медицинского колледжа, и Эндрю Джекимиу, доктор философии. , Колледжа Стоматологической Медицины, и среди них были их аспиранты Кайри Уилсон и Чарльз Холженсин. Рорер является заведующим кафедрой генного и фармацевтического лечения дегенеративных заболеваний сетчатки. Jakymiw является экспертом в разработке пептидов, проникающих в клетки, для доставки лекарств.
Вместе они намерены бороться с болезнью, от которой страдают более 10 миллионов американцев: AMD. Заболевание вызывает медленное ухудшение зрения и в конечном итоге приводит к слепоте. Существующие методы лечения неадекватны, поскольку они могут только уменьшить симптомы и в лучшем случае направлены на то, чтобы отсрочить потерю зрения. Существующие методы лечения также требуют, чтобы пациенты снова и снова возвращались для лечения.
Члены команды не были удовлетворены простым замедлением болезни. Они хотели разработать лечебную терапию, которая могла бы защитить и даже восстановить зрение.
«Мы знали, что если бы мы могли лечить первопричину болезни, а не только симптомы, это было бы огромным шагом вперед в регенеративной медицине», — сказал Уилсон.
По своей сути AMD вызвана недостаточным снабжением клеток глаза энергией.
«Каждая деятельность клетки требует энергии», — сказал Рорер. «Как только вы потеряете эту энергию, вы потеряете правильное функционирование клеток. В конечном итоге это приведет к болезни и потере зрения».
Митохондрии — это батареи, которые снабжают клетки энергией, и у них есть собственная ДНК — митохондриальная ДНК или мтДНК, которая помогает им в этом. Когда их ДНК повреждается, митохондрии перестают нормально функционировать и не могут обеспечить клетки необходимой им энергией.
Со временем или из-за стресса в мтДНК могут вноситься ошибки, поскольку она копирует себя. Рорер сравнивает этот процесс с игрой в «телефон».
В игре человек шепчет слово на ухо другому человеку. Затем этот человек шепчет слово на ухо следующему человеку и так далее по очереди.
«То, что заканчивается после пяти человек, вероятно, не то слово, с которого вы начали», — сказал Рорер. «И это почти то же самое с копированием мтДНК».
Вместо того, чтобы пытаться выявлять и исправлять множество ошибок копирования, Рорер и Уилсон задались вопросом, не будет ли лучше в первую очередь предотвращать ошибки. Они могли бы сделать это, предоставив митохондриям новый план или шаблон для копирования их ДНК, по сути «переустановив» слово в телефонной игре.
«Вам нужен новый шаблон, — сказал Уилсон. «Тебе нужно вернуться и снова подобрать идеальные слова и знать, что ты пытаешься сказать».
Рорер и Уилсон поняли, что им понадобится средство доставки матрицы в митохондрии. Он должен быть в состоянии обойти иммунную систему организма и быть принятым митохондриями. Они связались с Jakymiw, у которого был опыт доставки лекарств на основе небольших нуклеиновых кислот.
«На самом деле мы никогда не доставляли ничего такого большого на тот момент», — сказал Джакимив. «Я имею в виду, что мы говорим примерно о 16 килобазах, что является довольно большой молекулой».
Хотя между двумя лабораториями были первоначальные обсуждения, именно объявление премии Blue Sky Award укрепило сотрудничество и дало старт проекту.
«Некоторые результаты предварительной работы, которая проводилась в течение последних нескольких месяцев, позволяют предположить, что мы потенциально можем доставить такое большое количество ДНК и нацелить его достаточно эффективно, чтобы восстановить зрение у людей, страдающих ВМД», — продолжил Джакимив.
Jakymiw и Holjencin украшают поверхность мтДНК небольшими белками, которые несут инструкции для клеток и митохондрий о том, как принять эту новообразованную наночастицу.
«По сути, у нас есть механизм доставки, который несет свои собственные инструкции по доставке клеток», — сказал Хольенсин, который создает наночастицы, используемые в проекте.
«Можно также спроектировать небольшие белки так, чтобы они могли распознавать определенный «почтовый индекс» и доставлять груз в это конкретное место внутри клетки», — сказал Джакимив.
Эти небольшие белки также обеспечивают потенциальный «плащ-невидимку» для защиты наночастиц от иммунной системы организма.
На сегодняшний день команда показала, что небольшие белки могут упаковывать мтДНК в наночастицы и размещать ее в борющихся с трудностями митохондриях.
Они также показали, что он сохраняется там не менее четырех недель. В предыдущих исследованиях мтДНК исчезала всего через 48 часов.
«В конечном итоге мы будем искать наличие мтДНК, вероятно, через восемь недель, а может быть, даже до 16 недель», — сказал Уилсон.
«Очевидно, что мы хотели бы, чтобы для людей это длилось много лет, а не приходилось повторять эти процедуры на регулярной основе», — сказал Рорер.
Есть надежда, что введение шаблона вызовет серию событий, которые могут привести к восстановлению зрения.
Митохондрии могут делиться шаблоном со своими соседями, которые также могут передавать его дальше. Поскольку качество мтДНК улучшается во все большем количестве митохондрий, они снова могут снабжать клетки глаза достаточным количеством энергии, восстанавливая зрение.
«Этот новый подход похож на квантовый скачок. Если бы это сработало, это значительно изменило бы не только направление моей лаборатории, но и направление лечения AMD», — сказал Рорер.
