In experimenten met ratten en muizen, twee Johns Hopkins-wetenschappers - een ingenieur en een oogarts - rapporteren het succesvolle gebruik van nanodeeltjes om gentherapie te leveren voor verblindende oogziekte. Een uniek ontworpen groot molecuul stelt onderzoekers in staat om grote bundels therapeutisch DNA samen te persen om in de cellen van het oog te worden afgeleverd.

Het onderzoek, beschreven 3 juli in wetenschappelijke vooruitgang , levert bewijs van de potentiële waarde van gentherapie die door nanodeeltjes wordt afgegeven voor de behandeling van natte leeftijdsgebonden maculaire degeneratie - een oogziekte die wordt gekenmerkt door abnormale groei van bloedvaten die het lichtgevoelige weefsel aan de achterkant van het oog beschadigt - en ook zeldzamer, erfelijke verblindende aandoeningen van het netvlies.

Veel benaderingen van gentherapie zijn afhankelijk van virale vectoren, die gebruik maken van het natuurlijke vermogen van een virus om genetisch materiaal in cellen te vervoeren. Echter, virussen creëren een immuunrespons, waardoor herhaalde dosering wordt voorkomen, en de meest gebruikte voor oculaire gentherapie kan geen grote genen dragen.

"Sommige van de meest voorkomende erfelijke retinale degeneraties zijn te wijten aan mutaties in grote genen die eenvoudigweg niet passen in de meest gebruikte virale vector, " zegt Peter Campochiaro, MD, de Eccles hoogleraar oogheelkunde aan de Johns Hopkins University School of Medicine, en een lid van het Johns Hopkins Medicine Wilmer Eye Institute.

Om dergelijke beperkingen te overwinnen, Campochiaro en Jordan Groen, doctoraat, een nieuwe aanpak ontwikkeld met een biologisch afbreekbaar polymeer dat lange stukken DNA omringt en comprimeert, het creëren van nanodeeltjes die de cellen kunnen binnendringen. Met deze technologie kunnen de onderzoekers de cellen van het oog omzetten in minifabriekjes voor een therapeutisch eiwit.

Om eerst te testen of de nanodeeltjes hun doelcellen kunnen bereiken, de onderzoekers laadden de nanodeeltjes met een gen voor een fluorescerend eiwit dat ervoor zorgt dat cellen oplichten als een glowstick.

Met dit gloeiende molecuul konden de onderzoekers de locatie bepalen, hoeveelheid en duur van genexpressie haalbaar met de nanodeeltjes.

Ze ontdekten dat zelfs acht maanden na de behandeling, de meeste lichtgevoelige cellen in de ogen van de ratten gloeiden, wat aantoont dat de nanodeeltjes het fluorescerende gen effectief in de cellen afzetten.

Volgende, zetten de onderzoekers een soortgelijk experiment op, dit keer met behulp van de nanodeeltjes om een ​​biologisch relevant gen in het oog te brengen. Ze laadden de nanodeeltjes met een gen voor vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF), die verantwoordelijk is voor de groei van abnormale bloedvaten bij mensen met natte maculaire degeneratie.

De onderzoekers injecteerden de ogen van 30 ratten met de nanodeeltjes die het VEGF-gen dragen en bepaalden de effecten in het netvlies, twee en vijf maanden na injectie. Een maand na injectie, elke geteste rat had abnormale bloedvaten onder en in het netvlies ontwikkeld, zoals die worden gezien bij patiënten met natte maculaire degeneratie. De abnormale bloedvaten waren twee en vijf maanden na injectie uitgebreider, en er was geassocieerde littekens onder het netvlies vergelijkbaar met die gezien bij chronische onbehandelde natte maculaire degeneratie.

"Deze resultaten laten zien dat de genen die door nanodeeltjes worden afgegeven, enkele maanden actief blijven in de cellen, ' zegt Campochiaro.

Eindelijk, om het vermogen van een nanodeeltje om een ​​therapeutisch gen voor de ziekte af te geven, te testen, de onderzoekers gebruikten genetisch gemanipuleerde muizen om een ​​vorm van natte maculaire degeneratie te ontwikkelen die vergelijkbaar is met die bij mensen. De onderzoekers laadden nanodeeltjes met een gen dat een eiwit produceert dat VEGF neutraliseert.

Momenteel, artsen injecteren dergelijke eiwitten die VEGF-eiwitten blokkeren in de ogen van mensen met maculaire degeneratie, een behandeling die de overgroei van abnormale, lekkende bloedvaten. Maar deze procedure moet vaak worden herhaald en is belastend voor patiënten en hun verzorgers.

Drie weken na het injecteren van nanodeeltjes die het gen voor het anti-VEGF-eiwit bevatten, de muizen hadden een vermindering van 60% in abnormale bloedvaten in vergelijking met controlemuizen. Hetzelfde effect werd 35 dagen later waargenomen.

"Deze resultaten zijn veelbelovend, " zegt Jordan Groen, doctoraat, hoogleraar biomedische technologie aan de Johns Hopkins University School of Medicine. "We hebben het vermogen om de cellen te bereiken die het meest significant zijn aangetast door degeneratieve oogziekte met niet-virale behandelingen die het oog in staat stellen zijn eigen aanhoudende therapieën te creëren."

Naar schatting 1,6 miljoen mensen in de VS met maculaire degeneratie krijgen elke vier tot zes weken medicijnen in het oog. Een gentherapiebehandeling zou een manier kunnen zijn voor het oogweefsel om verdere achteruitgang van het gezichtsvermogen te voorkomen met slechts een paar initiële behandelingen. Genetische ziekten die blindheid veroorzaken, kunnen op een vergelijkbare manier worden behandeld, door functionele versies van genen te introduceren die door erfelijke mutaties zijn uitgeschakeld.