Паразита токсоплазму, яким люди заражаються від контакту зокрема з котами, використали для доставки терапевтичних білків у мозок. Науковці використали здатність цього паразита проникати через бар'єр між кров'ю і мозком. Доставку токсоплазмою вчені вже випробували на мозку живих мишей, і сподіваються, що у майбутньому метод допоможе у терапії різних неврологічних захворювань. Дослідження опублікували в журналі Nature Microbiology.
Навіщо використовувати паразита для доставки ліків у мозок?
На шляху доставки ліків у мозок знаходиться гематоенцефалічний бар’єр — специфічний бар’єр з клітин на межі крові та нейронів. Він пропускає лише певні речовини і перешкоджає проникненню інших, зокрема багатьох ліків. І для протеїнів, які часто використовують як препарати від неврологічних захворювань, подолання цього бар’єру є ще складнішим через те, що вони нестабільні, а також мають завелику масу.
Зазвичай, щоб обійти ці обмеження, науковці використовують хімічні модифікації білків, наночастинки та інші речовини, що дозволяють білкам проникнути крізь бар'єр. Але у кожного з цих методів є недоліки, як-от обмежена ефективність та неуніверсальність.
Тому науковці з Ізраїлю, США та Швейцарії вирішили випробувати одноклітинного паразита Toxoplasma gondii, який вже вміє проникати у мозок й міг би доставляти у нього ліки.
Як паразитів використали для доставки білків?
Науковці націлилися на дві органели, тобто аналоги органів у одноклітинних організмів, — роптрії та щільні гранули. Токсоплазмі вони допомагають виділяти назовні власні ферменти, які розщеплюють мембрану клітин хазяїна та сприяють проникненню паразита в клітини.
Цільовий білок MeCP2, який використовують для лікування синдрому Ретта, злили з одним із двох білків-маркерів органел токсоплазми. Один із цих білків-маркерів, токсофілін, сприяв проникненню білка MeCP2 в роптрії, інший, GRA16, — проникненню білка в щільні гранули. Модифікована токсоплазма, яка виробляла ці злиті білки, змогла доставити їх у нейрони в культурі клітин, органоїди мозку, які традиційно використовують для досліджень неврологічних порушень, та мозок живих мишей. При цьому у живих мишей токсоплазма спостерігалася майже виключно в мозку, не викликаючи запалення в інших клітинах.
3D зображення розподілу білка, який паразит доставив у мозок мишей (а) і нейрони в мозку мишей через 18 днів після введення токсоплазми (б), де стрілкою відзначені нейрони, куди паразит доставив білок, а вказівником — лише токсоплазма у нейроні. Shahar Bracha et al. / Nature Microbiology, 2024
Також за допомогою токсоплазми вдалося доставити в нейрони інші терапевтичні білки, зокрема, пов’язані з хворобами Альцгеймера та Паркінсона. А через те, що в її клітинах є два типи органел, що здатні виділяти назовні білки, токсоплазма змогла одночасно доставити у клітини декілька білків, що може бути корисним для лікування складних патологій.
Як можна використати токсоплазму для лікування хвороб?
Оскільки токсоплазма виявилася здатною доставляти ліки крізь гематоенцефалічний бар’єр, її потенційно можна буде використовувати для терапії неврологічних захворювань. Утім, звичайно, до ліків з токсоплазми іще далеко, адже для їх створення потрібно знизити ризик виникнення токсоплазмозу — хвороби, яка у людей протікає доволі легко, але особливо небезпечна для вагітних жінок і самого плоду, а також людей з низьким імунітетом.
Для цього науковці планують наслідувати приклад інших патогенів, які зараз безпечно використовують у медицині, наприклад, вірусів для генної терапії та мікрофлори кишківника, яку пересаджують для лікування цілої низки захворювань. Створення токсоплазми, яка буде безпечною для людини, також дозволить використовувати її у більших кількостях, що допоможе доставляти більшу концентрацію терапевтичних білків.
- Для доставки генної терапії до мозку використали нанокапсули, які здатні проникати крізь гематоенцефалічний бар’єр. Це допомогло припинити ріст агресивної форми пухлини в мишей.
- Іншим способом покращити терапію раку мозку є йонні помпи, які дозволяють доставляти препарати для хіміотерапії просто в мозок, минаючи гематоенцефалічний бар’єр.