КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 20-45-01012

НазваниеРазработка гибридных микро- и наноносителей нуклеиновых кислот с целью создания терапевтических мРНК вакцин против вируса иммунодефицита человека.

РуководительСухоруков Глеб Борисович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого", г Санкт-Петербург

Года выполнения при поддержке РНФ 2020 - 2022 

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (FWO)

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-108 - Иммунология

Ключевые словаВИЧ, мРНК, вакцина, невирусные способы доставки, полимерные микрокапсулы, иммунный ответ, антиген, антитело, пролекарства, дендритные клетки

Код ГРНТИ76.29.50


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на решение важнейшей задачи медицинской иммунологии и биоинженерии – создание эффективного средства доставки мРНК-вакцины для терапевтической вакцинации при ВИЧ-инфекции на основе гибридных микрокапсул. Несмотря на большие успехи антиретровирусной терапии (АРТ), пандемия ВИЧ1 остаётся одним из главных вызовов глобальной системе здравоохранения. СПИД занимает 6е место в списке причин смертности, унося более 1 млн. жизней ежегодно. Одним из перспективных, многообещающих новых подходов, призванных дополнить АРТ-терапию, является терапевтическая вакцинация ВИЧ-инфицированных, направленная на восстановление у пациента специфического Т-клеточного ответа, направленного на ВИЧ и максимальное уменьшение резервуара ВИЧ в инфицированном организме. Среди ряда опробованных стратегий терапевтической вакцинации именно мРНК-вакцины представляются наиболее многообещающим подходом. Весьма перспективным и новым представляется пероральный путь терапевтической мРНК-вакцинации, запланированный к исследованию в предлагаемом проекте, поскольку ассоциированная с кишечником лимфоидная ткань (GALT) является одним из важнейших организменных резервуаров ВИЧ. При любой стратегии введения вакцины, ключевым фактором ее финальной эффективности является выбор средства доставки мРНК в целевые антиген-представляющие клетки. В предлагаемом проекте мы планируем использовать полиэлектролитные нано- и микрокапсуы. Уникальными преимуществами технологии инкапсуляции мРНК являются большая ёмкость инкапсуляции, низкая токсичность, биодеградируемость, высокий уровень захвата микрокапсул антиген-представляющими клетками, эффективное высвобождение мРНК из эндосом и возможности дополнительной химической модификации поверхности капсул. Перспективность использования полиэлектролитных микрокапсул для терапевтической мРНК-вакцинации при ВИЧ-инфекции (с РНК-последовательностями модельных антигенов, опухолевых антигенов и ВИЧ-антигенов) в настоящем проекте будет оценена в многочисленных иммунологических тестах in vitro и in vivo, включая дендритные клетки различного происхождения, нормальных и трансгенных мышей, и на завершающем этапе работы макак как наиболее релевантную животную модель ВИЧ-инфекции. В целом, используя перечисленные выше подходы, мы планируем достичь существенного прогресса в решении крайне актуальной и значимой проблемы создания действенной терапевтической мРНК – вакцины при ВИЧ-инфекции.

Ожидаемые результаты
Основным результатом выполнения данного проекта должно стать решение важнейший задачи создания эффективного средства доставки мРНК-последовательностей антигенов ВИЧ in vivo для терапевтической вакцинации. Данная задача имеет огромное фундаментальное и практическое медицинское значение в борьбе с пандемией ВИЧ. Именно ограничения, связанные с низкой эффективностью доставки функциональной мРНК в целевые антиген-представляющие клетки, оказываются основным препятствием для успешного внедрения терапевтических мРНК-вакцин в медицинскую практику лечения ВИЧ-инфекции. Планируется разработка эффективной методики синтеза полиэлектролитных микрокапсул, покрытых силикатной оболочкой, с использованием золь-гель технологии, и их модификации для перорального введения. В ходе выполнения проекта будет проведена всесторонняя характеризация разрабатываемого препарата (физико-химические свойства, стабильность, цитотоксичность, клеточный захват, экспрессия целевого антигена, биораспределение in vivo при разных путях введения), а также выполнение большого комплекса современных иммунологических тестов по оценке иммуногенности разрабатываемой нами инкапсулированной мРНК-вакцины. Для максимально полной оценки иммуногенности кандидатной вакцины, будут использованы различные модели in vitro и in vivo (дендритные клетки, происходящие из человека, мыши, макаки, нормальные и трансгенные мыши, приматы) и ряд методов иммунологического анализа – ELISPOT, проточная цитометрия, иммуногистохимия, флуоресцентная микроскопия, in vivo imaging, тетрамерный анализ. В целом, эти исследования позволят достоверно и полно оценить возможный потенциал практического использования изучаемой инкапсулированной мРНК-вакцины.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В ходе реализации проекта в 2020 гг. проведены исследования по разработке протоколов синтеза гибридных капсул для эффективного инкапсулирования биологически активных соединений (плазмидной ДНК и матричной РНК зеленого флуоресцентного белка (GFP) с последующей оценкой биологической активности инкапсулированных веществ на клеточных моделях in vitro. Проведен комплексный анализ структуры и морфологии полученных гибридных капсул с использованием электронной микроскопии, конфокальной лазерной микроскопии и т.д. Были подобраны оптимальные условия синтеза гибридных капсул с использованием золь-гель технологии. Установлено, что максимальный процент (~ 95 %) клеток захвативших капсулы, наблюдается при соотношении капсул к клетке, равном 50 к 1. Также следует отметить, что капсулы не обнаруживают цитотоксического действия при концентрации выше 100 капсул на клетку. Получены данные по внутриклеточной динамике и трансфекционной способности гибридных капсул, относящуюся к теме нашего проекта. Получены данные по трансфекции в различных типов клеткок с использованием капсул, содержащих мРНК и плазмиду репортерного гена eGFP. Гибридные капсулы более эффективны в доставке генетического материала, чем в случае использования электропорации. Результаты исследований, полученных в первом году реализации проекта по внутриклеточной доставке генетического материала in vitro, были опубликованы в двух высокорейтинговых журналах (Q1) «Journal of Materials Chemistry B» (Tarakanchikova et al., 2020) IF = 5.344 и «Biomaterials» (Mashel et al., 2020) IF = 10.317, а также представлены на международной конференции Gratitude XIV Raisa Gorbacheva Memorial Meeting “Hematopoietic Stem Cell Transplantation. Gene and Cellular therapy”.

 

Публикации

1. Т. В. Машель, Я. В. Тараканчикова, А. Р. Муслимов, М. В. Зюзин, А. С. Тимин, К. В. Лепик, Б. Фезе Overcoming the delivery problem for therapeutic genome editing: Current status and perspective of non-viral methods ELSEVIER, Biomaterials, - (год публикации - 2020).

2. Я. Тараканчикова, А. Муслимов, И. Сергеев, К. Лепик, Н. Йолошин, А. Гончаренко, К. Васильев, И. Елисеев, А. Букатин, В. Сергеев, С. Павлов, А. Попов, И. Меглински, Б. Афанасьев, Б. Парахонский, Г. Сухоруков, Д. Горин A highly efficient and safe gene delivery platform based on polyelectrolyte core–shell nanoparticles for hard-to-transfect clinically relevant cell types Journal of Materials Chemistry B, - (год публикации - 2020).

3. Я.В. Тараканчикова, А.Р. Муслимов, М.В. Зюзин, И. Назаренко, А.С. Тимин, Г.Б. Сухоруков, К.В. Лепик Layer-by-Layer-Assembled Capsule Size Affects the Efficiency of Packaging and Delivery of Different Genetic Cargo Wiley, - (год публикации - 2021).