Новая генная терапия помогает клеткам сердечной мышцы активироваться у живых мышей

Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка продемонстрировали генную терапию, которая помогает клеткам сердечной мышцы электрически активироваться у живых мышей. Впервые продемонстрированный в своем роде, этот подход включает в себя инженерию бактериальных генов, которые кодируют ионные натриевые каналы, и может привести к созданию терапии для лечения широкого спектра электрических заболеваний и расстройств сердца.

Результаты исследования опубликованы 2 февраля в журнале Nature Communications.


Натриево-ионные каналы - это белки во внешних мембранах электрически возбудимых клеток, таких как клетки сердца или мозга, которые передают электрические заряды внутрь клетки. В сердце эти каналы сообщают мышечным клеткам, когда сокращаться, и передают команду дальше, чтобы орган перекачивал кровь как единое целое. Однако поврежденные клетки сердца, будь то в результате болезни или травмы, часто полностью или частично теряют свою способность передавать эти сигналы и объединять усилия.

Одним из подходов исследователей к восстановлению этой функциональности является генная терапия. Доставляя гены, ответственные за создание белков натриевых каналов, этот метод может производить больше ионных каналов в больных клетках, чтобы повысить их активность.

К сожалению, у млекопитающих гены натриевых каналов слишком велики, чтобы поместиться в вирусы, используемые в настоящее время в современной генной терапии людей. Чтобы обойти эту проблему, Бурсак и его лаборатория обратились к более мелким генам, которые кодируют аналогичные натриевые ионные каналы у бактерий. Хотя эти бактериальные гены отличаются от своих человеческих аналогов, эволюция сохранила много сходств в конструкции каналов с тех пор, как многоклеточные организмы произошли от бактерий сотни миллионов лет назад.

Несколько лет назад Хунг Нгуен, бывший докторант лаборатории Бурсака, который сейчас работает в Fujifilm Diosynth Biotechnologies, мутировал эти бактериальные гены так, чтобы каналы, которые они кодируют, стали активными в клетках человека.

В новой работе нынешний докторант Тянью Ву дополнительно оптимизировал содержание генов и объединил их с "промотором", который ограничивает производство каналов исключительно клетками сердечной мышцы. Затем исследователи проверили свой подход, доставив вирус с бактериальным геном в вены мыши, чтобы он распространился по всему организму.


Этот метод генной терапии только доставляет дополнительные гены внутрь клетки; он не пытается вырезать, заменить или переписать существующую ДНК каким-либо образом. Ученые считают, что такие гены производят белки, свободно плавая внутри клетки, используя существующие биохимические механизмы. Предыдущие исследования с использованием этого вирусного метода доставки генов показывают, что пересаженные гены должны оставаться активными в течение многих лет.

В качестве доказательства концепции, испытания на клетках в лабораторных условиях показывают, что лечение улучшает электрическую возбудимость в достаточной степени, чтобы предотвратить такие нарушения, как аритмия. На живых мышах результаты показывают, что натриевые ионные каналы активны в сердцах, что свидетельствует о тенденции к улучшению возбудимости. Однако необходимы дальнейшие испытания, чтобы определить, насколько улучшилось состояние всего сердца, и достаточно ли этого для восстановления электрической функции в поврежденных или больных тканях сердца, чтобы использовать их в качестве эффективного лечения.

Ученые уже определили различные гены бактериальных натриевых каналов, которые лучше работают в предварительных стендовых исследованиях. Команда также сотрудничает с лабораториями Крейга Энрикеса, профессора биомедицинской инженерии в Дьюке, и Эндрю Ландстрома, директора Программы стипендиатов Дьюка по педиатрическим исследованиям, чтобы проверить способность этих генов восстанавливать функциональность сердца в мышиных моделях, имитирующих сердечные заболевания человека.