Geny bakterii wspomogły serca myszy

Terapię genową, która u żywych myszy pomaga w elektrycznej aktywacji komórek mięśnia sercowego, zademonstrowali inżynierowie biomedyczni z Duke University (USA). Zmodyfikowane geny bakteryjne kodują kanały jonów sodowych. Ta metoda może prowadzić do nowych terapii genowych wielu chorób i zaburzeń elektrycznych serca.

"Udało nam się poprawić inicjowanie i rozprzestrzenianie aktywności elektrycznej przez komórki mięśnia sercowego, co jest trudne do osiągnięcia za pomocą leków lub innych narzędzi" - powiedział Nenad Bursac, profesor inżynierii biomedycznej w Duke. - "Wcześniej wykazano, że metoda, której użyliśmy do dostarczania genów do komórek mięśnia sercowego myszy pozwala je tam utrzymać przez długi czas, co oznacza, że może skutecznie pomóc sercu, które ma problemy z biciem tak regularnie, jak powinno".

Jonowe kanały sodowe to białka obecne w zewnętrznych błonach komórek pobudliwych elektrycznie, takich jak komórki serca lub mózgu, które przekazują ładunki elektryczne do komórki. W sercu te kanały informują komórki mięśniowe, kiedy mają się kurczyć, i przekazują instrukcje dalej, aby cały narząd mógł skutecznie pompować krew. Komórki serca uszkodzone z powodu choroby czy urazu często jednak tracą całość lub część swojej zdolności do przekazywania tych sygnałów i zgodnego z pozostałymi skurczu.

Tu właśnie może pomóc terapia genowa. Dzięki dostarczeniu genów odpowiedzialnych za syntezę białek kanałów sodowych w chorych komórkach może powstać więcej kanałów jonowych.

Jednak występujące u ssaków geny kanałów sodowych są zbyt duże, aby zmieścić się w wirusach stosowanych w obecnych terapiach genowych u ludzi. Bursac i jego współpracownicy wykorzystali mniejsze geny, które kodują podobne kanały jonowe u bakterii. Chociaż bakteryjne geny różnią się od ludzkich odpowiedników, nadal zachowały podobieństwa z czasów, gdy setki milionów lat temu organizmy wielokomórkowe oddzieliły się od bakterii.

Kilka lat temu Hung Nguyen, były doktorant w laboratorium Bursaca, zmutował te geny bakterii, aby kodowane przez nie kanały mogły stać się aktywne w ludzkich komórkach. W nowej pracy obecny doktorant Tianyu Wu zoptymalizował zawartość genów i połączył je z "promotorem", który ogranicza produkcję kanałów wyłącznie do komórek mięśnia sercowego. Następnie naukowcy przetestowali swoje podejście, dostarczając wirusa z genem bakteryjnym do żył myszy, aby rozprzestrzenił się po całym ciele.

"Pracowaliśmy nad ustaleniem, gdzie faktycznie powstały sodowe kanały jonowe. Tak, jak mieliśmy nadzieję, odkryliśmy, że trafiają one tylko do pracujących komórek mięśniowych serca w obrębie przedsionków i komór" - powiedział Wu. "Odkryliśmy również, że nie trafiły do komórek serca, które zapoczątkowują bicie serca, czego również chcieliśmy uniknąć".

Nowa metoda dostarcza dodatkowe geny do komórek, ale nie próbuje w żaden sposób wycinać, zastępować ani przepisywać istniejącego DNA. Naukowcy są przekonani, że te rodzaje dostarczonych genów wytwarzają białka, swobodnie unosząc się w komórce, wykorzystując istniejącą maszynerię biochemiczną. Wcześniejsze badania nad tym podejściem do dostarczania genów wirusowych sugerują, że przeszczepione geny powinny pozostać aktywne przez wiele lat.

Testy w warunkach laboratoryjnych sugerują, że takie leczenie poprawia pobudliwość elektryczną komórek na tyle, aby zapobiec występującym u ludzi nieprawidłowościom, takim jak arytmie. Uzyskane u żywych myszy wyniki pokazują, że kanały sodowe są aktywne w sercu i poprawiają pobudliwość. Potrzebne są jednak dalsze testy, aby zmierzyć, jaka poprawa nastąpiła na poziomie całego serca i czy wystarczy to do ratowania funkcji elektrycznych w uszkodzonej lub chorej tkance serca, aby można ją było zastosować jako realne leczenie.

Autorzy zidentyfikowali już różne geny bakteryjnych kanałów sodowych, które działają lepiej we wstępnych badaniach laboratoryjnych. Zespół współpracuje również z laboratoriami Craiga Henriqueza, profesora inżynierii biomedycznej w Duke i Andrew Landstroma, dyrektora Duke Pediatric Research Scholars Program, aby przetestować zdolność tych genów do przywracania funkcji serca na mysim modelu.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ zan/