یکی از چالش‌های اصلی در ژن‌درمانی سرطان، رساندن مواد ژنتیکی به سلول‌های هدف است. مولکول‌های RNA پیام‌رسان (mRNA) می‌توانند دستور ساخت یک پروتئین درمانی را در اختیار سلول قرار دهند، اما در محیط بدن به‌سرعت در معرض تخریب قرار می‌گیرند و عبور آن‌ها از غشای سلولی نیز دشوار است. به همین دلیل، طراحی حامل‌هایی که از mRNA محافظت کنند و انتقال مؤثر آن را به داخل سلول امکان‌پذیر سازند، اهمیت زیادی دارد.
یکی از اهداف مورد توجه در این حوزه، ژن p53 است. این ژن دستور ساخت پروتئینی را صادر می‌کند که در کنترل تقسیم سلولی، ترمیم آسیب‌های DNA و فعال‌سازی مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلول نقش دارد. اختلال در عملکرد p53 می‌تواند به ادامه تقسیم سلول‌های آسیب‌دیده و پیشرفت سرطان کمک کند. ازاین‌رو، انتقال نسخه عملکردی mRNA این ژن به سلول‌های سرطانی، راهبردی برای بازگرداندن بخشی از سازوکارهای طبیعی مهار تومور به شمار می‌رود.
با این حال، انتقال مؤثر mRNA به سلول‌های سرطانی همچنان با موانعی روبه‌رو است. نانوذرات لیپیدی (LNPs) از حامل‌های شناخته‌شده برای انتقال مواد ژنتیکی هستند و می‌توانند از RNA در برابر تخریب محافظت کنند؛ اما توزیع نامناسب در بدن، پاک‌سازی سریع از جریان خون و آزادسازی ناکافی محموله ژنتیکی درون سلول، ممکن است کارایی آن‌ها را محدود کند.
در پژوهشی منتشرشده در مجله Cancer Gene Therapy، محققان برای بهبود عملکرد این حامل‌ها، نانوذرات سولفیت استرانسیم را با نانوذرات لیپیدی ترکیب کردند و سامانه‌ای هیبریدی با نام SSN-LNP ساختند. هدف این بود که افزودن بخش معدنی به ساختار لیپیدی، ویژگی‌های انتقال مواد ژنتیکی و توزیع نانوحامل در بدن را بهبود دهد.
برای ساخت بخش معدنی، پژوهشگران کلرید استرانسیم و سولفیت سدیم را در محلول آبی حاوی کلرید سدیم و گلوکز با یکدیگر واکنش دادند و نانوذرات سولفیت استرانسیم (SSNs) را تولید کردند. در مرحله‌ای جداگانه، نانوذرات لیپیدی با استفاده از لیپید دارای بار مثبت DOTAP و یک مشتق کلسترول ساخته شدند. سپس دو جزء با یکدیگر ترکیب شدند تا حامل هیبریدی شکل بگیرد.
بررسی ساختار ذرات با روش‌هایی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی همراه با طیف‌سنجی فروسرخ (AFM-IR) نشان داد بخش لیپیدی و بخش معدنی ویژگی‌های مکانیکی متفاوتی دارند؛ بخش لیپیدی نرم‌تر و بخش سولفیت استرانسیم سخت‌تر است. این نتایج با ساختار پیشنهادی پژوهشگران، شامل بخش غنی از لیپید در هسته و ناحیه حاوی سولفیت استرانسیم در بخش بیرونی، سازگاری داشت.
اندازه‌گیری‌ها با روش پراکندگی دینامیکی نور (DLS) قطر هیدرودینامیکی حدود ۹۴۶ نانومتر را برای ذرات هیبریدی در حالت تعلیق نشان دادند. در مقابل، تصاویر حاصل از AFM-IR و میکروسکوپی STED اندازه ذرات اولیه را حدود ۱۰ تا ۲۰ نانومتر برآورد کردند. این اختلاف نشان می‌دهد ذرات اولیه در محیط مایع به شکل مجموعه‌های بزرگ‌تر کنار یکدیگر قرار می‌گیرند؛ بنابراین، اندازه ذرات منفرد با اندازه تجمعات آن‌ها در محلول یکسان نیست.
در آزمایش‌های مربوط به اتصال مواد ژنتیکی، فرمولاسیون منتخب توانست حدود ۷۰ درصد از siRNA آزمایش‌شده را به خود متصل کند. همچنین، در محیطی با pH برابر ۵٫۵، آزادسازی این مولکول به حدود ۹۰ درصد رسید. این ویژگی می‌تواند با محیط اسیدی‌تر برخی بخش‌های درون سلول، مانند اندوزوم‌ها، مرتبط باشد و به آزادسازی محموله ژنتیکی کمک کند. البته این ارقام مربوط به آزمایش‌های انجام‌شده با siRNA هستند و نباید آن‌ها را مستقیماً به بارگذاری و آزادسازی mRNA ژن p53 تعمیم داد.
برای بررسی توانایی انتقال مواد ژنتیکی، پژوهشگران از mRNA نشان‌دارشده با مواد فلورسنت و همچنین آزمون گزارشگر لوسیفراز استفاده کردند. تصاویر میکروسکوپی نشان دادند سلول‌های سرطان پستان دریافت‌کننده mRNA با حامل هیبریدی، سیگنال فلورسنت قوی‌تری نسبت به سلول‌های دریافت‌کننده نانوذرات لیپیدی معمولی داشتند. در آزمون لوسیفراز نیز میزان بیان ژن گزارشگر در سلول‌های MCF-7 با استفاده از حامل هیبریدی حدود سه برابر بیشتر بود.
ساختار خود mRNA نیز بر نتیجه انتقال تأثیر داشت. افزودن کلاهک مولکولی (Cap) و دنباله پلی‌آدنین (Poly(A)) به mRNA، میزان انتقال و بیان گزارشگر را در مقایسه با کمپلکس‌های حاوی mRNA اصلاح‌نشده بیش از ۴۰۰ درصد افزایش داد. این نتیجه نشان می‌دهد که علاوه بر طراحی نانوحامل، اصلاح ساختار مولکول ژنتیکی نیز در عملکرد نهایی سامانه نقش مهمی دارد.
در مرحله بعد، پژوهشگران mRNA ژن p53 را با استفاده از دو نوع حامل لیپیدی معمولی و هیبریدی به سلول‌های سرطان پستان MCF-7 منتقل کردند. نتایج نشان داد میزان RNA مربوط به p53 در سلول‌های دریافت‌کننده حامل هیبریدی حدود سه برابر بیشتر از گروه دریافت‌کننده نانوذرات لیپیدی معمولی بود. بررسی با روش فلوسایتومتری نیز افزایش سهم سلول‌های دچار مرگ برنامه‌ریزی‌شده را در گروه دریافت‌کننده فرمولاسیون هیبریدی نشان داد.
بااین‌حال، اندازه‌گیری RNA ژن p53 به‌تنهایی اثبات نمی‌کند که پروتئین عملکردی p53 نیز به همان نسبت افزایش یافته یا تمام مسیرهای وابسته به این پروتئین دوباره فعال شده‌اند. برای اثبات بازگشت کامل عملکرد این ژن سرکوبگر تومور، بررسی میزان پروتئین و فعالیت زیستی آن نیز ضروری است.
پژوهشگران همچنین توزیع نانوحامل‌ها را در بدن موش بررسی کردند. در این آزمایش‌ها از siRNA نشان‌دارشده استفاده شد و میزان تجمع ذرات در اندام‌های مختلف چهار ساعت پس از تزریق وریدی اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد افزودن سولفیت استرانسیم به‌تنهایی تغییر چشمگیری در هدف‌گیری تومور ایجاد نمی‌کند. اما هنگامی که هر دو نوع حامل با پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG) اصلاح شدند، فرمولاسیون هیبریدی در مقایسه با حامل لیپیدی معمولی، سیگنال فلورسنت بیشتری در تومور و سیگنال کمتری در برخی اندام‌های دیگر نشان داد. اصلاح با PEG همچنین میزان siRNA موجود در پلاسما را در هر دو سامانه افزایش داد.
در یک آزمایش جداگانه، اثر درمانی حامل هیبریدی حاوی mRNA ژن p53 در مدل موشی سرطان پستان ۴T1 بررسی شد. حیوانات دو نوبت تزریق وریدی دریافت کردند. در روز بیست‌وششم، میانگین حجم تومور در گروه دریافت‌کننده حامل هیبریدی حدود ۲۶۰ میلی‌متر مکعب بود؛ درحالی‌که این مقدار در گروه دریافت‌کننده mRNA با حامل لیپیدی معمولی به حدود ۴۳۶ میلی‌متر مکعب و در گروه درمان‌نشده به حدود ۱۱۰۰ میلی‌متر مکعب رسید. بر این اساس، حجم تومور در گروه دریافت‌کننده حامل هیبریدی حدود ۷۶ درصد کمتر از گروه درمان‌نشده بود.
با وجود این تفاوت، باید توجه داشت که هر گروه آزمایشی تنها شامل چهار موش بود. همچنین، ثابت‌ماندن وزن بدن حیوانات در طول مطالعه، به‌تنهایی برای اثبات ایمنی کامل سامانه کافی نیست و ارزیابی‌های سم‌شناسی جامع‌تری مورد نیاز است.
پژوهشگران علاوه بر انتقال mRNA، ظرفیت این حامل را برای انتقال siRNA با هدف‌گیری گیرنده فاکتور رشد اپیدرمی (EGFR) نیز بررسی کردند. بااین‌حال، ترکیب mRNA ژن p53 و siRNA هدف‌گیرنده EGFR اثر ضدتوموری بیشتری نسبت به درمان با p53 به‌تنهایی ایجاد نکرد. این نتیجه نشان می‌دهد قابلیت انتقال چند نوع ماده ژنتیکی الزاماً به معنای افزایش اثربخشی درمان ترکیبی نیست و هر ترکیب درمانی باید جداگانه ارزیابی شود.
این پژوهش نشان می‌دهد ترکیب مواد معدنی و لیپیدی می‌تواند راهی برای اصلاح ویژگی‌های نانوحامل‌های انتقال RNA باشد. افزایش بیان ژن گزارشگر و p53 در سلول‌های سرطانی و کاهش حجم تومور در مدل موشی، از ظرفیت اولیه این سامانه پشتیبانی می‌کند. بااین‌حال، بررسی پایداری و تجزیه نانوذرات، مسیر دفع آن‌ها از بدن، احتمال ایجاد التهاب، ایمنی بلندمدت و عملکرد در انواع مختلف سرطان پستان، پیش‌نیازهای مهم برای ادامه توسعه این فناوری هستند.