До настоящего времени активацию или подавление экспрессии определенного нужного гена производили с помощью светового облучения или добавления химического агента. Эти методы получили широкое применение в научных исследованиях, особенно на культурах клеток, но их приложение в медицине было затруднено по очевидным причинам – для работы с пациентами такие методы неприменимы.

Для того чтобы изменить эту ситуацию, исследователи из Рокфеллеровского университета (США) под руководством Джеффри Фридмана с помощью методов генетической инженерии создали клетки, которые способны секретировать инсулин в ответ на облучение радиоволнами.

Низкие и средние радиочастоты могут проникать глубоко в ткани организма. При этом радиочастоты способны вызывать нагревание наночастиц, но ткани организма практически не поглощают энергию радиоволн и не нагреваются. Ученые использовали антитела для нацеливания наночастиц из оксида железа к температурочувствительному каналу (трансмембранному белку) в мембране клеток. При воздействии радиоволн соответствующей длины присоединенные к каналу наночастицы нагревались, что вызывало открытие канала и вход в клетку ионов кальция.

После этого в клетки внедрили модифицированный ген инсулина человека, который находился под контролем регуляторного элемента, активируемого кальцием. В результате наблюдалась активация гена инсулина и усиление секреции инсулина клетками при воздействии на них радиочастотами.

На первом этапе данную систему протестировали in vitro, в культуре клеток почки эмбриона человека HEK 293T и в культуре эмбриональных стволовых клеток мыши. После этого систему проверили in vivo, ведя модифицированные клетки и все необходимые компоненты подкожно «голым» мышам (у таких бестимусных мышей подавлен иммунитет, поэтому они практически не отторгают имплантированные чужеродные клетки). При облучении этих мышей радиоволнами нужной частоты у них существенно повышался уровень инсулина и снижался уровень глюкозы в плазме крови. При этом температура тканей у них существенно не изменялась.

Наконец, была создана версия системы in situ: в этой системе клетка сама синтезирует наночастицы. Для этой цели использовали ферритин – белок, функцией которого является хранение ионов железа. Ферритин в естественных условиях образует ферромагнитные железосодержащие наночастицы. Когда в клетки, сверхэкспрессирующие ферритин, внедрили также ген температурочувствительного канала и модифицированный ген инсулина, образующиеся внутри клетки наночастицы тоже нагревались под действием радиоволн и вызывали усиление секреции инсулина (хотя эффективность такой системы составила всего 2/3 от эффективности системы с добавлением наночастиц извне).

Авторы исследования отмечают, что для изготовления наночастиц можно использовать различные металлы и придавать им разные формы – в результате частицы будут нагреваться при облучении радиоволнами с разной частотой. Так можно воздействовать на разные группы клеток в одном и том же организме, просто меняя частоту волн. В перспективе метод можно будет применять для активации любого кальцийзависимого процесса в клетке или для активации синтеза любого необходимого белка.

(перевод с русского на английский / English to Russian Translation)

http://www.biotechniques.com/news/biotechniquesNews/biotechniques-330243.html