Пройти через эпидермис
Псориаз – хроническое заболевание кожи, при котором появляются зудящие шелушащиеся очаги на коже, им страдают более 8 миллионов жителей США и 125 миллионов человек во всем мире. Препараты на основе малых молекул, например, стероидов, могут проникать в кожу для лечения этого заболевания, но вызывают раздражение и истончение кожи, а их эффективность со временем может снижаться. Разработаны антитела, которые нацелены на специфические воспалительные молекулы, связанные с псориазом, но поскольку они не могут быть доставлены через кожу, их вводят с помощью инъекций, что ограничивает применение и может привести к негативным побочным эффектам.
Группа исследователей из Гарвардского университета смогла преодолеть эти ограничения, используя ионную жидкость для доставки малой интерферирующей РНК (миРНК). Нанесение экспериментального препарата на кожу мышей с псориазом значительно снизило уровень воспалительных цитокинов и симптомы болезни без системных побочных эффектов.
Путь к успеху
Синтетические миРНК представляют собой некодирующие молекулы двухцепочечной РНК, которые обычно используются в биологических исследованиях для прекращения экспрессии гена-мишени. Эта способность также делает их очень привлекательными кандидатами для лечения заболеваний и расстройств без изменения ДНК в клетках пациента. Однако использование в медицине затруднено, потому что РНК представляют собой большие гидрофильные молекулы, и им трудно пересекать гидрофобные мембраны клеток.
Исследовательская группа решила эту проблему, используя недавно открытые ионные жидкости, которые по существу являются солями, сохраняющими жидкую форму при комнатной температуре. Основываясь на более ранних исследованиях, посвященных изучению взаимодействия ионных жидкостей с липидами, исследователи предположили, что они могут стабилизировать миРНК и улучшить их проникновение через липиды клеточных мембран, обеспечивая локализованное молчание генов.
Когда «чистая» миРНК была нанесена на кожу мыши, она плохо поглощалась (в центре). Комплекс с ионной жидкостью CAGE+CAPA позволил увеличить проникновение в эпидермис (справа). Источник здесь и далее: Институт Висса при Гарвардском университете.
Группа сначала создала библиотеку различных ионных жидкостей, затем проверила их комбинации, чтобы увидеть, какие из них обладают наиболее подходящими физическими и химическими свойствами. Они остановились на смеси двух жидкостей – CAGE (холин и гераниевая кислота) и CAPA (холин и фенилпропановая кислота), которые помогали молекулам миРНК сохранять свою структурную целостность и привели к усиленному проникновению миРНК в кожу свиньи in vitro. Когда исследователи наносили смесь CAGE+CAPA в виде густой жидкости для местного применения на кожу живых мышей, они не наблюдали воспаления или раздражения, что свидетельствует о ее нетоксичности.
Различные виды ионов в ионной жидкости CAGE+CAPA (красный, синий, фиолетовый) прочно взаимодействуют с атомами миРНК (белый), сохраняя ее структуру.
Поскольку ионные жидкости являются довольно новым материалом, предсказать их взаимодействие с грузами, которые они должны доставить, сложно. Исследователи произвели молекулярно-динамическое моделирование, чтобы понять, как смесь CAGE+CAPA будет взаимодействовать с миРНК и клеточными мембранами на молекулярном уровне. Данные, полученные в результате моделирования, показали, что этот комплекс обладает высокой стабильностью благодаря сильным химическим взаимодействиям его компонентов с па́рами оснований РНК. Кроме того, при моделировании комплекс более интенсивно проникал в клеточные мембраны, потому что ионы в ионных жидкостях могли собираться близко друг к другу, образуя агрегаты, которые увеличивали способность комплекса разрушать мембрану и обеспечивать доставку миРНК.
Преодолевая барьеры
Вооружившись эффективным средством доставки, группа соединила его со специальной миРНК, которая глушит ген NFKBIZ, участвующий в активации ряда воспалительных молекул при псориазе. Они наносили смесь CAGE+CAPA с миРНК на кожу мышей с псориазоподобным состоянием в течение четырех дней, затем сравнивали их с мышами, которые получали CAGE+CAPA без миРНК, и мышами без лечения.
Срез кожи мышиной модели псориаза до лечения (слева) – воспаление; после нанесения ионной жидкости без миРНК (в центре) – воспаление усилилось; после нанесения ионной жидкости с миРНК (справа) – воспаление уменьшилось.
У мышей, получавших миРНК, тормозящие ген NFKBIZ, по сравнению с другими экспериментальными группами наблюдалось уменьшение признаков псориаза (эпидермального утолщения, изменения окраски кожи, чрезмерного роста кератина, покраснения и шелушения). Группа также зафиксировала значительное снижение экспрессии NFKBIZ и других связанных с псориазом генов в клетках кожи мышей, впервые продемонстрировав, что ионная жидкость с миРНК индуцирует терапевтический эффект как на молекулярном, так и на макроскопическом уровнях, заставляя молчать целевой ген in vivo.
Новую платформу доставки на основе ионных жидкостей можно масштабировать и настраивать для взаимодействия с различными терапевтическими молекулами, включая ДНК и антитела, для трансдермальной доставки лекарств при лечения экземы и других заболеваний кожи.
Статья A.Mandal et al. Treatment of psoriasis with NFKBIZ siRNA using topical ionic liquid formulations опубликована в журнале Science Advances.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Wyss Institute: Getting under the skin of psoriasis.