Vedci zisťujú príčinu zriedkavého smrteľného ochorenia, ktoré transformuje detské pery a pery
Vedci použili metódu úpravy génov s názvom CRISPR/Cas9 na generovanie myší, ktoré verne napodobňujú vážne respiračné ochorenie novorodencov, ktoré im sfarbí modré pery a pokožku. Nový laboratórny model umožní vedcom presne určiť príčinu ochorenia a vyvinúť možnú a veľmi potrebnú liečbu založenú na nanočasticiach.
Podľa vedcov z Cincinnati Children's Hospital Medical Center, ktorí publikujú výsledky v časopise American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, je alveolárna kapilárna dysplázia s nesprávnym vyrovnaním pľúcnych žíl (ACDMPV) väčšinou neliečiteľná. Ochorenie hladuje pľúcny systém kyslíka potom, čo pľúca počas vývoja orgánov nesprávne zásobujú cievy. Nedostatok drobných krvných ciev nazývaných alveolárne kapiláry spôsobuje hypoxiu, zápal a smrť.
„Neexistuje iná účinná liečba ako transplantácia pľúc, takže je nevyhnutne potrebné nové liečivo,“ uviedol doktor Vlad Kalinichenko, PhD, z Centra detského perinatálneho ústavu pre pľúcne regeneračné lekárstvo v Cincinnati a vedúci štúdie. „Zistili sme terapeutickú stratégiu na báze nanočastíc na zvýšenie počtu alveolárnych kapilár a udržanie dýchacích funkcií aspoň u podskupiny detí s touto vrodenou pľúcnou chorobou.“
Toto ochorenie bolo dlho spojené s mutáciami v géne FOXF1, dôležitom regulátore vývoja embryonálnych pľúc. Zostávajúcou hádankou do tejto štúdie sú presné mikrobiologické procesy, ktoré poháňajú ACDMPV, uviedli vedci.
Objavenie spojenia STAT3
V spolupráci s tímom z Pawela Stankiewicza z Baylor College of Medicine v Houstone laboratórium Kalinichenko analyzovalo genetické informácie z ľudských prípadov ACDMPV s cieľom vytvoriť prvý klinicky relevantný zvierací model ACDMPV. Použila nové ľudské mutácie FOXF1 u myší CRISPR/Cas9. CRISPR-Cas9 umožňuje presnú úpravu génov pomocou enzýmu na rozrezanie špecifických častí sekvencie DNA a pripojením voľných koncov k požadovanému bodu na bunke, aby sa zmenila genetická výbava.
Autori píšu, že pomocou klinicky presných myších modelov choroby umožnilo ACDMPV vedcom prekonať dlhoročnú prekážku v porozumení toho, ako sa choroba vyvíja.
Práca sa tiež opierala o rozsiahle bioinformatické analýzy klinických a laboratórnych údajov získaných z biologických testov. Zahŕňa to techniku nazývanú ChIP-Seq (ktorá analyzuje interakcie proteín-DNA) a sekvenovanie celého exómu (ktoré ukazuje usporiadanie všetkých oblastí kódujúcich proteíny génov).
Skúmaním interakcií proteín-DNA spojených s génom FOXF1 v pľúcnych bunkách autori štúdie zistili, že ide o špecifickú bodovú mutáciu s FOXF1 v mieste väzby DNA proteínu FOXF1 na S52F. Mutácia blokuje molekulárnu signalizáciu na niekoľkých cieľových génoch po prúde, ktoré sa podieľajú na tvorbe pľúcnych krvných ciev.
Tiež zistili, že mutovaný proteín S52F FOXF1 neinteragoval s proteínom nazývaným STAT3. Táto súvislosť je rozhodujúca pre podporu vývoja krvných ciev v novorodeneckých pľúcach. To viedlo k nedostatku STAT3 vo vývoji pľúc a nesprávnej tvorbe pľúcneho obehového systému.
Vedci tiež zistili nedostatok STAT3 v darovaných vzorkách od pacientov s ACDMPV, ktorí už mali špecifické bodové mutácie v géne FOXF1. Autori sa domnievali, že liečba STAT3 u novorodencov podporuje vývoj krvných ciev v pľúcach. Museli ste prísť na to, ako dostať bielkovinu do pľúc.
Roztok nanočastíc STAT3
Vedci sa obrátili na technológiu nanočastíc na dodanie mini génu STAT3 do pľúc novorodených myší. Vytvorili novú formuláciu takzvaných nanočastíc polyetylénimínu (PEI).
Želatínové podobné PEI nanočastice môžu niesť terapeutický genetický materiál na rôzne časti tela ich intravenóznym podávaním pacientom. Podľa autorov štúdie sa v súčasnosti v klinických štúdiách na rakovinu dospelých na iných orgánoch testujú rôzne formulácie PEI nanočastíc.
Terapeutické podávanie DNA STAT3 novorodeným myšiam, ktoré pomocou mutácie S52F FOXF1 obnovuje schopnosť endotelových buniek tvarovať pľúcne cievy. Stimuluje sa tým rast krvných ciev u zvierat a tvorba vzdušných vakov nazývaných alveolárny proces.
„Ak sa účinnosť nanočastíc PEI potvrdí v klinických skúškach na rakovinu dospelých, môže sa PEI zvážiť pri génovej terapii STAT3 u dojčiat s ACDMPV,“ uviedol Kalinichenko. „Vzhľadom na to, že ACDMPV je zriedkavé ochorenie, bude na vyhodnotenie účinnosti génovej terapie STAT3 u novorodencov a kojencov ACDMPV potrebná multicentrická klinická štúdia.“
Prvý autor štúdie, výskumný pracovník Arun Pradhan, PhD, pracuje v laboratóriu Kalinichenko.
Finančná podpora pre štúdiu pochádzala z Národných inštitútov zdravia (HL84151, HL141174, HL123490, HL137203, HL132849 a grantov od Národnej organizácie pre zriedkavé poruchy.