חוקרים מאוניברסיטת טוקיו מטרופוליטן יצרו מולקולה חדשה המספקת תרופה, קומפלקס פולימרי דו-טריוני שיכול לסייע בהשגת DNA פלסמיד בתוך תאים כאשר מוזרק לשריר השלד, שלב מכריע בביטוי של RNA טיפולי וחלבונים. התרכובת החדשה נקשרת ביעילות ל-DNA פלסמיד מבלי להשפיע על המבנה שלה. הצוות הוזרק לשרירי עכבר, ראה ביטוי גנים נרחב, המבטיח יישומים לטיפולים במחלות שרירים חמורות.
מערכות מתן תרופות עומדות בבסיס רבות מפריצות הדרך הקליניות של עידןנו. לדוגמה, החיסון נגד COVID-19 משתמש בננו-חלקיקי שומנים כדי לעטוף RNA שליח (mRNA) ולשאת אותם לתוך תאים בתהליך הנקרא אנדוציטוזיס; ברגע שהוא נכנס, mRNA משתחרר באמצעות "בריחה אנדוזומלית" לפני שהוא "מתורגם" על ידי מכונות תאיות לאנטיגנים המעוררים תגובה חיסונית. אבל בעוד ששיטות כאלה נוצלו בהצלחה, יש עדיין אתגרים שצריך להתגבר עליהם, כמו צבירה לא רצויה של הספק. ככל שהטיפולים מגוונים, החוקרים מחפשים שיטות מסירה חדשות למגוון רחב יותר של יישומים.
צוות מאוניברסיטת מטרופולין של טוקיו בראשות פרופסור שויצ'ירו אסיאמה חקר את השימוש בפוליונים, פולימרים בעלי מטען חשמלי, כדי לשאת DNA פלסמיד (pDNA) לתאים. ניתן לתמלל DNA פלסמיד ל-RNA שליח או לתרגם לחלבונים, מה שהופך אותם לכלי תכליתי לטיפולים. הם במקרה גם פולימרים בעלי מטען שלילי שיכולים להיקשר לפוליונים בעלי מטען חיובי. עם זאת, פשוט יצירת פולימר גדול וטעון חיובי רחוק מלהיות אידיאלי, מכיוון שהמטען שלו עלול להפוך אותם לרעילים לתאים. המאמצים האחרונים פנו לצוויטרונים, כלומר תרכובות עם מטען חיובי בחלק אחד ומטען שלילי בחלק אחר.
כעת, הצוות פיתח את התרכובת הפולימרית ה-zwitterionic (CA-PVIm) הראשונה עם קטיון אימידאזוליום (מטען חיובי) שיכול מורכב עם pDNA. לקבוצות אימידאזוליום יש יתרון של מטען חיובי שנמרח מעל טבעת של אטומים, מה שנותן להם סיכוי טוב להיקשר חזק ל-pDNA. חלקים בעלי מטען שלילי היו מורכבים מקבוצות קרבוקסיל המרווחות על ידי שרשרת פחמימנים קצרה; אלה נוספו לשרשרת הפולימר בפרופורציות שונות.
בניסויים ראשוניים, הם גילו שלתרכובת החדשה שלהם יש שכבה של מולקולות מים קשורות בתמיסה שעשויה להפוך אותן לביואינרטיות. מעורבב עם pDNA, נעשה שימוש בשיטה המשמשת להפרדת תרכובות DNA לפי אורך כדי להראות ש-pDNA יכול להצליח מורכב עם CA-PVIm. מדידות אחרות הוכיחו גם שהמבנה ההיררכי המורכב של ה-pDNA נשמר.
הצוות העמיד את התרכובת שלהם למבחן על ידי הזרקה לרקמת השריר של עכברים. בהשוואה ל-pDNA חשוף, הם מצאו ביטוי גנים עקב ה-pDNA על פני שטח רחב יותר באופן דרסטי. זה הראה בבירור שהפולייון שלהם נלקח לתאים ועובר בריחה אנדוזומלית. הם גם זיהו תרכובת אופטימלית, כאשר 7% מהאתרים הזמינים קיבלו מטענים שליליים (CA(7)-PVIm), שנתנה את ההשפעה הגדולה ביותר. מכיוון שהוא יכול להעביר את המטען שלו על גבי מסות גדולות של שרירים, ממצאי הצוות מבטיחים טיפולים חדשים למחלות שרירים קשות.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק בסיוע למחקר מדעי (B) מהאגודה היפנית לקידום המדע (מענק JSPS KAKENHI מס' 21H03820).
