Gentherapien haben das Potenzial, neurologische Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson zu behandeln, aber sie stehen vor einer gemeinsamen Barriere – der Blut-Hirn-Schranke. Jetzt haben Forscher der University of Wisconsin-Madison eine Methode entwickelt, um Therapien über die Schutzmembran des Gehirns zu bewegen, um eine gehirnweite Therapie mit einer Reihe von biologischen Medikamenten und Behandlungen zu ermöglichen.
„Für viele verheerende Hirnerkrankungen gibt es noch keine Heilung“, sagt Shaoqin „Sarah“ Gong, UW-Madison-Professorin für Augenheilkunde und visuelle Wissenschaften und biomedizinische Technik und Forscherin am Wisconsin Institute for Discovery. „Innovative, auf das Gehirn ausgerichtete Verabreichungsstrategien könnten dies ändern, indem sie eine nicht-invasive, sichere und effiziente Bereitstellung von CRISPR-Genom-Editoren ermöglichen, die wiederum zu Genom-Editing-Therapien für diese Krankheiten führen könnten.“
CRISPR ist ein molekulares Toolkit zum Editieren von Genen (z. B. um Mutationen zu korrigieren, die Krankheiten verursachen können), aber das Toolkit ist nur nützlich, wenn es durch die Sicherheitskontrolle zum Einsatzort gelangen kann. Die Blut-Hirn-Schranke ist eine Membran, die den Zugang zum Gehirn selektiv kontrolliert und Giftstoffe und Krankheitserreger, die möglicherweise im Blutstrom vorhanden sind, herausfiltert. Leider verhindert die Barriere, dass einige nützliche Behandlungen, wie bestimmte Impfstoffe und Gentherapiepakete, ihre Ziele erreichen, weil sie mit feindlichen Eindringlingen zusammenfallen.
Die Injektion von Behandlungen direkt in das Gehirn ist eine Möglichkeit, die Blut-Hirn-Schranke zu umgehen, aber es ist ein invasives Verfahren, das nur Zugang zu nahe gelegenem Gehirngewebe bietet.
„Das Versprechen der Gehirn-Gentherapie und der Genom-Editing-Therapie beruht auf der sicheren und effizienten Abgabe von Nukleinsäuren und Genom-Editoren an das gesamte Gehirn“, sagt Gong.
In einer Studie, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Fortgeschrittene WerkstoffeGong und ihre Labormitglieder, darunter die Postdoktorandin und Erstautorin der Studie Yuyuan Wang, beschreiben eine neue Familie nanoskaliger Kapseln aus Siliziumdioxid, die Werkzeuge zur Genombearbeitung in viele Organe im Körper transportieren und sich dann harmlos auflösen können.
Durch die Modifizierung der Oberflächen der Siliziumdioxid-Nanokapseln mit Glucose und einem vom Tollwutvirus stammenden Aminosäurefragment stellten die Forscher fest, dass die Nanokapseln die Blut-Hirn-Schranke effizient passieren konnten, um bei Mäusen eine gehirnweite Genbearbeitung zu erreichen. In ihrer Studie demonstrierten die Forscher die Fähigkeit der CRISPR-Ladung der Silica-Nanokapsel, Gene im Gehirn von Mäusen erfolgreich zu editieren, wie beispielsweise ein Gen, das mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung steht und als Amyloid-Vorläuferprotein-Gen bezeichnet wird.
Da die Nanokapseln wiederholt und intravenös verabreicht werden können, können sie eine höhere therapeutische Wirksamkeit erreichen, ohne stärker lokalisierte und invasive Methoden zu riskieren.
Die Forscher planen, die Gehirn-Targeting-Fähigkeiten der Silica-Nanokapseln weiter zu optimieren und ihre Nützlichkeit für die Behandlung verschiedener Hirnerkrankungen zu bewerten. Diese einzigartige Technologie wird auch für die Abgabe von Biologika an Augen, Leber und Lunge untersucht, was zu neuen Gentherapien für andere Arten von Erkrankungen führen kann.
Mehr Informationen:
Yuyuan Wang et al, Überwindung der Blut-Hirn-Schranke für die Gentherapie durch systemische Verabreichung von GSH-responsiven Silica-Nanokapseln, Fortgeschrittene Werkstoffe (2022). DOI: 10.1002/adma.202208018