In esperimenti su ratti e topi, due scienziati della Johns Hopkins, un ingegnere e un oftalmologo, riferiscono dell'uso riuscito delle nanoparticelle per fornire la terapia genica per la malattia dell'occhio accecante. Una grande molecola progettata in modo univoco consente ai ricercatori di compattare grandi fasci di DNA terapeutico da consegnare nelle cellule dell'occhio.

La ricerca, descritto il 3 luglio in Progressi scientifici , fornisce prove del potenziale valore della terapia genica con somministrazione di nanoparticelle per il trattamento della degenerazione maculare umida legata all'età, una malattia dell'occhio caratterizzata da una crescita anormale dei vasi sanguigni che danneggia il tessuto sensibile alla luce nella parte posteriore dell'occhio, nonché più rara, malattie ereditarie accecanti della retina.

Molti approcci di terapia genica dipendono da vettori virali, che utilizzano la capacità naturale di un virus di trasportare materiale genetico nelle cellule. Però, i virus creano una risposta immunitaria, che impedisce il dosaggio ripetuto, e quello più comunemente usato per la terapia genica oculare non può trasportare grandi geni.

"Alcune delle degenerazioni retiniche ereditarie più diffuse sono dovute a mutazioni in grandi geni che semplicemente non possono adattarsi al vettore virale più comunemente usato, "dice Pietro Campochiaro, M.D., il Professore Eccles di Oftalmologia presso la Johns Hopkins University School of Medicine, e membro del Johns Hopkins Medicine Wilmer Eye Institute.

Per superare tali limiti, Campochiaro e Jordan Green, dottorato di ricerca, sviluppato un nuovo approccio che coinvolge un polimero biodegradabile che circonda e compatta lunghi tratti di DNA, creando nanoparticelle che possono entrare nelle cellule. Questa tecnologia consente ai ricercatori di convertire le cellule dell'occhio in minifabbriche per una proteina terapeutica.

Per testare prima se le nanoparticelle potrebbero raggiungere le loro cellule bersaglio, i ricercatori hanno caricato le nanoparticelle con un gene per una proteina fluorescente che fa illuminare le cellule come un bastoncino luminoso.

Questa molecola luminosa ha permesso ai ricercatori di determinare la posizione, quantità e durata dell'espressione genica ottenibile con le nanoparticelle.

Hanno scoperto che anche otto mesi dopo il trattamento, la maggior parte delle cellule sensibili alla luce negli occhi dei ratti brillava, mostrando che le nanoparticelle hanno effettivamente depositato il gene fluorescente nelle cellule.

Prossimo, i ricercatori hanno organizzato un esperimento simile, questa volta usando le nanoparticelle per trasportare un gene biologicamente rilevante nell'occhio. Hanno caricato le nanoparticelle con un gene per il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), che è responsabile della crescita di vasi sanguigni anormali nelle persone con degenerazione maculare umida.

I ricercatori hanno iniettato negli occhi di 30 ratti le nanoparticelle che trasportano il gene VEGF e hanno determinato gli effetti nella retina, due e cinque mesi dopo l'iniezione. Un mese dopo l'iniezione, ogni ratto testato aveva sviluppato vasi sanguigni anormali sotto e all'interno della retina, come quelli osservati in pazienti con degenerazione maculare umida. I vasi sanguigni anormali erano più estesi a due e cinque mesi dopo l'iniezione, e c'era una cicatrizzazione associata sotto la retina simile a quella osservata nella degenerazione maculare umida cronica non trattata.

"Questi risultati mostrano che i geni forniti dalle nanoparticelle sono rimasti attivi all'interno delle cellule per diversi mesi, "dice Campochiaro.

Finalmente, per testare la capacità di una nanoparticella di fornire un gene terapeutico per la malattia, i ricercatori hanno utilizzato topi geneticamente modificati per sviluppare una forma di degenerazione maculare umida simile a quella degli esseri umani. I ricercatori hanno caricato le nanoparticelle con un gene che produce una proteina che neutralizza il VEGF.

Attualmente, i medici iniettano tali proteine ​​che bloccano le proteine ​​VEGF negli occhi delle persone con degenerazione maculare, un trattamento che aiuta a controllare la crescita eccessiva di anormali, vasi sanguigni che perdono. Ma questa procedura deve essere ripetuta frequentemente ed è gravosa per i pazienti ei loro accompagnatori.

Tre settimane dopo l'iniezione di nanoparticelle contenenti il ​​gene per la proteina anti-VEGF, i topi hanno avuto una riduzione del 60% dei vasi sanguigni anormali rispetto ai topi di controllo. Lo stesso effetto è stato osservato 35 giorni dopo.

"Questi risultati sono estremamente promettenti, "dice Jordan Green, dottorato di ricerca, professore di ingegneria biomedica presso la Johns Hopkins University School of Medicine. "Abbiamo la capacità di raggiungere le cellule più significativamente colpite dalla malattia degenerativa dell'occhio con trattamenti non virali che possono consentire all'occhio di creare le proprie terapie sostenute".

Si stima che circa 1,6 milioni di persone negli Stati Uniti con degenerazione maculare ricevano farmaci iniettati nell'occhio ogni quattro-sei settimane. Un trattamento di terapia genica potrebbe fornire al tessuto dell'occhio un modo per prevenire un ulteriore deterioramento della vista con un minimo di pochi trattamenti iniziali. Le malattie genetiche che causano la cecità potrebbero essere trattate in modo simile, introducendo versioni funzionali di geni che le mutazioni ereditarie hanno disabilitato.