9. Вирусы в качестве средств доставки генетического материала

Большинство используемых вирусов получены от диких штаммов, обладающих различной степенью патогенности, но утративших патогенные свойства благодаря удалению генов, ответственных за размножение и (или) сборку вирусных частиц. В клинической практике обычно используются ретровирусы и аденовирусы.

РЕТРОВИРУСЫ – это РНК-содержащие вирусы, репликация которых осуществляется через ДНК интермедиата. Генетическая информация вирусной частицы, полезный объём которой может составлять 9000 пар оснований, непосредственно внедряется в геном клетки-хозяина.

Большинство ретровирусов эффективны только для делящихся клеток. Эти вирусы не применимы для клеток мышечной или нервной ткани, клеток печени и легких. Исключение составляют векторы лентивирусов. К их числу относятся вирусы ВИЧ-инфекции, которые также могут использоваться в генной терапии.

АДЕНОВИРУСЫ – имеют двухцепочечную ДНК и обычно позволяют доставлять существенно больший объём полезной генетической информации. Аденовирусы не внедряются в геном хозяйских клеток, и в процессе деления информация элиминируется. Эти вирусы эффективны при трансфекции, особенно в отношении клеток дыхательных путей, где может быть достигнута более чем 50%-я трансфекция, что на порядок выше, чем в случае ретровирусов.

Недостатки использования вирусов:

• Инициация иммунного ответа на введение инородного белка

• Реактогенность самих вирусных препаратов

• Часто – отсутствие тканевой специфичности

• Трудности и дороговизна массового производства

• Риск опухолеродных мутаций вируса или рекомбинации активных патогенных частиц

10. Искуственные транспортные средства

10.1. Полимеры

Полимерные молекулы, несущие избыточный катионный заряд, могут существенно повысить эффективность трансфекции.

Определённой активностью обладают даже небольшие молекулы (протамин, диметилсульфоксид, производные имидазола, грамицидин, липополиамин).

Большую активность обычно проявляют синтетические полимеры (полиэтиленимин, полилизин, липополилизин или его конъюгаты с трансферрином, асиалоорозомукоидом, неогликопротеином, галактозой, маннозой), а также природные катионные белки (гистон Н1, галактозилированный гистон Н1, гистон Н4 в комплексе с ДНК и конъюгатом трансферрин-полилизин).

Высокая эффективность богатых лизином пептидов и белков может быть обусловлена их сходством со специфическими сигнальными последовательностями, ответственными за транспорт из цитоплазмы в ядро. Полисахариды и белковые лиганды, входящие в состав перечисленных выше комплексов, определяют их сродство со специфическими рецепторами на поверхности клеток.

Процессы взаимодействия таких комплексов с клетками имеет сходство с проникновением в клетку вирусных частиц.

10.2. Липосомы

Обычно используются ДНК-липидные комплексы, содержащие плазмиду с "экспрессированной" кассетой.

Преимущества ДНК-липидных комплексов по сравнению с вирусными векторами:

• Могут нести больший объём генетической информации;

• Не могут приобретать инфекционных свойств вследствие рекомбинации;

• Имеют более низкую вероятность инициации иммунного ответа или воспалительной реакции;

• Простота и дешевизна приготовления.

Особенно перспективным представляется использование фосфолипидов, например, кардиолипина и фосфатидилэтаноламина, образующих наряду с бислойными мембранами также инвертированные мицеллярные структуры, известные как кубические и гексагональные фазы, что определяет способность этих липидов инициировать слияние мембран. В присутствии катионов кальция или магния взаимодействие ДНК с фосфолипидами становится более прочным, липосомы агрегируют, и ДНК интернализуется во внутренний объём везикул. Использование высокомолекулярных катионных посредников, обеспечивающих формирование комплексов ДНК с фосфолипидами и взаимодействие этих комплексов с поверхностью клеток, потенциально могло бы улучшить их эффективность в трансфекции.

Революцией явилось введение в практику первого низкотоксичного катионного липида ДОТМА (1,2-диолеил-3-N,N,N-триметиламинопропан), синтезированного Фелгнером с соавторами. Одновременно был введён в практику новый термин "липофекция", подчёркивающий высокую эффективность генетической трансформации клеток, приближающую липосомальные препараты к инфекционным вирусным частицам.

При введении в ткани "обнажённой" ДНК обычно экспрессировалась только одна молекула из нескольких миллионов, а ДОТМА увеличивал этот параметр примерно в 1000 раз.