به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، با توجه به اینکه کاربردهای رو به گسترش داروهای ژنومی غیر ویروسی در ریه به دلیل چالش‌های تحویل محدود‌یت‌های زیادی دارند، در اینجا، گروهی از محققین با استفاده از یک پلتفرم با توان بالا، یک کتابخانه ترکیبی از لیپیدهای یونیزاسیون زیست تخریب پذیر را سنتز و غربال کردند تا با ساخت نانوذرات لیپیدی با قابلیت انتقال دوزهای مکرر به داخل تراشه قابل قبول باشند تا بتوانند به ویرایش کارآمد ژن در اپیتلیوم ریه دست یابند و راه‌هایی را برای ژن درمانی بیماری‌های مادرزادی ریه فراهم کنند. Daniel Anderson، پروفسور، مهندسی شیمی و عضو موسسه مهندسی پزشکی دپارتمان MIT می‌گوید: با تولید و توسعه بیشتر این ذرات می‌توان درمانی قابل استنشاق برای فیبروز کیستیک و سایر بیماری‌های ریه ارائه داد. زیرا "این اولین نمایش از تحویل بسیار کارآمد RNA به ریه موش است. ما امیدواریم که بتوان از آن برای درمان یا ترمیم طیف وسیعی از بیماری‌های ژنتیکی از جمله فیبروز کیستیک استفاده کرد."

فیبروز کیستیک

فیبروز کیستیک (همچنین به عنوان CF، موکوووئیدوز یا موکوویسیدوز شناخته می‌شود) یک اختلال ژنتیکی است که به عنوان یک بیماری ارثی غدد ترشحی، از جمله غدد سازنده مخاط و عرق شناخته می‌شود. علائم بارز فیبروز کیستیک عبارتند از: پوست شور مزه، اشتهای طبیعی اما رشد ضعیف و افزایش وزن ضعیف، تولید بیش از حد مخاط، و سرفه/تنگی نفس. اغلب، علائم CF در دوران نوزادی و کودکی ظاهر می‌شود. مکونیوم ایلئوس یک یافته معمولی در نوزادان تازه متولد شده مبتلا به CF است. حتی مخاط زخیم و چسبناکی که از بیماری فیبروز سیستیک به وجود آمده است گاهی اوقات راه ورود و خروج هوا به شش ها را مسدود میکند و باعث بروز علائم ریوی می‌شود.

روش مطالعه

در مطالعه‌ای روی موش‌ها، اندرسون و همکارانش از این ذرات برای تحویل mRNA که ماشین آلات مورد نیاز برای ویرایش ژن CRISPR/Cas9 را کد می‌کند، استفاده کردند. این امر می‌تواند راه را برای طراحی نانوذرات درمانی که می‌توانند جدا شده و جایگزین ژن‌های بیماری‌زا شوند، باز کند.

هدف قرار دادن ریه‌ها

RNA پیام رسان دارای پتانسیل زیادی به عنوان یک درمان برای درمان انواع بیماری‌های ناشی از ژن‌های معیوب است. یکی از موانع استقرار آن تا کنون، دشواری در رساندن آن به قسمت سمت راست بدن، بدون اثرات خارج از هدف بوده است. نانوذرات تزریقی اغلب در کبد تجمع می‌یابند، بنابراین چندین آزمایش بالینی برای ارزیابی درمان‌های بالقوه mRNA برای بیماری‌های کبد در حال انجام است. واکسن‌های کووید-۱۹ مبتنی بر RNA که مستقیماً به بافت عضلانی تزریق می‌شوند نیز مؤثر بوده‌ است. در بسیاری از این موارد، mRNA در یک نانوذره لیپیدی محصور می‌شود – یک کره‌ی چربی که از شکسته شدن زودرس mRNA محافظت می‌کند و به ورود آن به سلول‌های هدف کمک می‌کند.

تاریخچه مطالعه

چندین سال پیش، آزمایشگاه اندرسون شروع به طراحی ذراتی کرد که بهتر قادر به ترانسفکشن سلول های اپیتلیال باشند تا بتوانند قسمت اعظم پوشش ریه‌ها را تشکیل دهند. در همین راستا در سال 2019، آزمایشگاه او نانوذراتی را ایجاد کرد که می‌توانست mRNA کدکننده یک پروتئین بیولومسانس را به سلول‌های ریه برساند. این ذرات به جای لیپیدها از پلیمرها ساخته شده بودند، که باعث می‌شد آئروسل کردن آنها برای استنشاق به ریه‌ها آسان‌تر شود. با این حال، برای افزایش قدرت آنها و به حداکثر رساندن سودمندی آنها، به کار بیشتری روی آن ذرات نیاز بوده است.

مکانیسم عملکرد نانوذره

محققان در مطالعه جدید خود به دنبال توسعه نانوذرات لیپیدی هستند که می‌تواند ریه‌ها را هدف قرار دهد. این ذرات از مولکول‌هایی تشکیل شده اند که شامل دو بخش هستند: یک گروه سر با بار مثبت و یک دم لیپیدی بلند. بار مثبت سر به ذرات کمک می‌کند تا با mRNA با بار منفی برهمکنش کنند و همچنین به mRNA کمک می‌کند تا از ساختارهای سلولی که ذرات را پس از ورود به سلول‌ها در خود می‌گیرند، فرار کرده و آزاد شوند. در همین حال، ساختار دم لیپیدی به ذرات کمک می‌کند تا از غشای سلولی عبور کنند. محققان 10 ساختار شیمیایی مختلف برای دم‌های لیپیدی، همراه با 72 گروه مختلف سر ارائه کردند. با غربالگری ترکیب‌های مختلف این ساختارها در موش‌ها، محققان توانستند آن‌هایی را که به احتمال زیاد به ریه‌ها می‌رسند شناسایی کنند.

تحویل کارآمد

در آزمایش‌های بیشتر روی موش‌ها، محققان نشان دادند که می‌توانند از این ذرات برای ارائه mRNA کدکننده اجزای CRISPR/Cas9 که برای قطع سیگنال توقف که به‌طور ژنتیکی در سلول‌های ریه حیوانات طراحی شده‌اند، استفاده کنند. زیرا هنگامی که سیگنال توقف حذف می‌شود، ژنی برای پروتئین فلورسنت روشن می‌شود. در ادامه اندازه گیری این سیگنال فلورسنت به محققان اجازه می‌دهد تا تعیین کنند چند درصد از سلول‌ها mRNA را با موفقیت بیان کردند.

دلایل برتری این روش نسبت به سایر روش‌ها

محققان دریافتند پس از یک دوز mRNA، حدود 40 درصد از سلول‌های اپیتلیال ریه ترانسفکت شدند. با تزریق دو دوز این سطح را به بیش از 50 درصد و با سه دوز به 60 درصد رسانند. مهم‌ترین هدف برای درمان بیماری‌های ریوی، دو نوع سلول اپیتلیال به نام‌های club و سلول‌های مژه‌دار است که هر کدام از این سلول‌ها حدود 15 درصد ترانسفکت شدند. لی می‌گوید: «این بدان معناست که سلول‌هایی که ما قادر به ویرایش آن‌ها بودیم، واقعاً سلول‌های مورد علاقه برای بیماری ریه هستند. همچنین شواهد نشان داد که این لیپید می‌تواند ما را قادر سازد که mRNA را بسیار موثرتر از هر سیستم تحویلی دیگری که تاکنون گزارش شده است به ریه برسانیم. نکته مهمتر اینکه ذرات جدید همچنین به سرعت تجزیه می‌شوند و همین ویژگی به آنها اجازه می‌دهد ظرف چند روز از ریه پاک شوند و خطر التهاب را کاهش دهند. در صورت نیاز به دوزهای تکراری، ذرات می‌توانند چندین بار به یک بیمار تحویل داده شوند. این ویژگی‌ها به آنها برتری نسبت به روش دیگری برای ارائه mRNA می‌دهد که از نسخه اصلاح شده آدنوویروس‌های بی ضرر استفاده کرده اند. این ویروس‌ها در تحویل RNA بسیار مؤثر هستند، اما نمی‌توان آنها را به طور مکرر تجویز کرد زیرا باعث ایجاد پاسخ ایمنی در میزبان می‌شوند.

روش تحویل القای داخل تراشه

برای تحویل ذرات در این مطالعه، محققان از روشی به نام القای داخل تراشه استفاده کردند که اغلب به عنوان راهی برای مدل‌سازی تحویل دارو به ریه‌ها استفاده می‌شود. آنها اکنون در حال کار بر روی پایدارتر کردن نانوذرات خود هستند تا بتوان آنها را با استفاده از یک آئروسل استنشاق کرد. محققان همچنین قصد دارند ذرات را برای تحویل mRNA آزمایش کنند که این خود می‌تواند جهش ژنتیکی یافت شده در ژن ایجاد کننده فیبروز کیستیک را در مدل موش این بیماری اصلاح کند. آنها همچنین امیدوارند که درمان‌هایی برای سایر بیماری‌های ریه مانند فیبروز ریوی ایدیوپاتیک و همچنین واکسن‌های mRNA که می‌تواند مستقیماً به ریه‌ها منتقل شود، ایجاد کنند.

پایان مطلب/.