Энциклопедический словарь нанотехнологий - доставка генов

Термин на английском

gene deliveryСинонимы

Аббревиатуры

Связанные термины

биодеградируемые полимеры, биологическая мембрана, генная инженерия, геном, ДНК, капсид, клетка, липосома, РНК, нанокапсула, нанокапсулирование, нанолекарство, наносомы, нанофармакология, доставка лекарственных средств, плазмида, рекомбинантная структура, таргетинг, эндоцитоз, генная терапия, векторы на основе наноматериаловОпределение

Процесс доставки целевых генов в ядро клетки-мишени.

Описание

Процесс состоит из следующих этапов: 1) упаковка генов в вектор; 2) доставка векторов к клеткам-мишеням; 3) введение генов в клетки; 4) введение генов в клеточное ядро.

Простейшим вектором для гена является плазмида – кольцевая ДНК из нескольких тысяч пар нуклеотидов, созданная методами генной инженерии. Плазмида содержит целевой ген и его промотор, а также различные регуляторные и сигнальные последовательности, необходимые для синтеза больших количеств полноценной мРНК и целевого белка. Помимо этих компонентов плазмида содержит сервисные последовательности и гены, благодаря которым ее можно размножать в клетках бактерий. В генной терапии плазмидную ДНК часто называют «голой ДНК» (naked DNA), имея в виду, что ген не помещен в защитный наноконтейнер. Эффективность переноса генов посредством «голой ДНК» невысока, однако при этом в организм не вносятся наноконтейнеры, биологические эффекты которых не всегда предсказуемы.

Для повышения эффективности доставки генов в клетки предложено использовать вирусные векторы (аденовирусные, лентивирусные и др.), и невирусные векторы (липосомы, дендримеры, ДНК-липидные комплексы и др.). Адресная доставка определяется наличием на поверхности векторов специальных молекул, узнаваемых рецепторами на клетках-мишенях. Такими молекулами могут быть белки вирусного капсида, узнаваемые рецепторами клеточной мембраны, антитела к поверхностным клеточным антигенам, встроенные в мембрану липосом, молекулы фолиевой кислоты, которые усиленно захватываются опухолевыми клетками и др. ДНК терапевтических генов может непосредственно входить в цитоплазму клетки, например, при слиянии липосомы с цитоплазматической мембраной. По другому сценарию клеточная мембрана в месте прикрепления вектора впячивается и отшнуровывается в цитоплазму, образуя мембранный пузырек (эндосому). Эндосомы затем сливаются с другими везикулами, однако с помощью некоторых физико-химических приемов удается высвободить вносимые гены непосредственно в цитоплазму. В ядро эти гены попадают при делении клеток, когда исчезает и вновь формируется ядерная мембрана, и часть внесенной ДНК оказывается в ядре. У лентивирусных векторов имеется специальный белок, помогающий импортировать РНК-геном вируса и встроенный в него терапевтический ген в ядро через ядерные поры. Благодаря этому свойству лентивирусные векторы способны вносить гены в ядра неделящихся или редкоделящихся клеток, таких как нейроны, клетки сердечной мышцы, стволовые клетки. Попадание гена в ядро необходимо для того, чтобы он встроился в геном клетки и начал функционировать, как его часть. В случае лентивирусного РНК-генома он вначале превращается в ДНК-геном с помощью вирусных и ядерных ферментов. Гены, которые не встраиваются в геном, все равно должны попасть в ядро потому, что там находятся ферментные системы синтеза и процессирования мРНК, с которой затем в цитоплазме будет синтезироваться требуемый белок.

Авторы

• Ширинский Владимир Павлович, д.б.н.

Иллюстрации

Теги

Разделы

Нанокапсулирование лекарственных препаратов

Лекарственные наноматериалы

Контроль и тестирование биосовместимости и безопасности наноматериалов

Биологические методы, основанные на амплификации

Просвечивающая электронная микроскопия, в том числе высокого разрешения

Сканирующая электронная микроскопия

Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.

Формирование наноматериалов с использованием биологических систем и/или методов

Иммобилизация мицелл и биологических нанообъектов

Нанокапсулирование

Методы, основанные на специфических взаимодействиях биологических молекул

Наномедицина и диагностика

Нанотехнологии и наноматериалы в медицине (диагностика, системы доставки лекарств, эксипиенты, восстановление тканей и органов, другое)

Органические и полимерные наноматериалы и волокна

Методы сертификации и контроля наноматериалов и диагностики их функциональных свойств

Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов

Методы формирования наноматериалов

Управляемые методы формирования наноструктур

Методы нанесения элементов наноструктур и наноматериалов

Бионаноматериалы и биофункционализированные наноматериалы

Продукты нанотехнологий

Получение, диагностика и сертификация наноразмерных систем

Объекты, относящиеся к сфере нанотехнологий

Технология

Наука