به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یک رویکرد جدید برای مهندسی ژنتیک سلول‌ها، می‌تواند نویدبخش بهبودهای قابل توجهی در سرعت، کارایی و کاهش سمیت سلولی در مقایسه با روش‌های فعلی باشد. طبق مطالعه محققان دانشکده پزشکی پرلمن در دانشگاه پنسیلوانیا، این رویکرد همچنین می‌تواند به توسعه سلول درمانی‌های پیشرفته برای سرطان‌ها و سایر بیماری‌ها نیز کمک کند. در این مطالعه که این هفته در Nature Biotechnology منتشر شد، محققان دریافتند که قطعات پروتئینی که توسط برخی ویروس‌ها برای کمک به ورود آنها به سلول‌ها استفاده می‌شود، می‌تواند برای وارد کردن مولکول‌های ویرایش‌کننده ژن CRISPR-Cas به سلول‌ها و هسته‌های حاوی DNA با کارایی و فوق‌العاده بالا و سمیت سلولی کمی استفاده شود.

کاربردهای درمانی ویرایش ژنوم

ویرایش ژنوم، که شامل دستکاری دقیق توالی‌های DNA سلولی برای تغییر سرنوشت سلولی و ویژگی‌های ارگانیسم است، این پتانسیل را دارد که هم درک ما از ژنتیک انسانی را بهبود بخشد و هم بیماری‌های ژنتیکی را درمان کند. لازم به ذکر است ویرایش ژنوم در کلینیک چندین بیماری با کاربردهای بیشتری در دست توسعه است - یا به زودی خواهد بود. سرعت سریع این رشته نیازمند تلاش‌های فعال برای اطمینان از استفاده مسئولانه از این فناوری برای درمان و پیشگیری از بیماری‌های ژنتیکی است. در دهه گذشته نیز، درمان‌های سلولی انقلابی در ایمونوتراپی سرطان ایجاد کرده اند. شایان ذکر است، تاکنون درمان‌های سلول T پذیرفته شده به طور گسترده در مراحل بالینی پس از تایید FDA، از پنج درمان گیرنده آنتی ژن کایمریک (CAR) سلول T مورد بررسی قرار گرفته است،زیرا درمان با سلول T پذیرفته شده شامل جداسازی و تزریق مجدد سلول‌های T بیمار برای واسطه‌سازی اثرات ضد توموری، ضد ویروسی یا ضد التهابی است. رویکردهای اولیه درمانی سلول T ، مبتنی بر شناسایی و گسترش سلول‌های T واکنش دهنده به تومور است که سیستم ایمنی درون زا را برای عمل در برابر سرطان و عفونت ویروسی مهار می‌کند. به جای تکیه بر این جمعیت‌های نادر سلول‌های T، سلول‌های T اولیه را می‌توان مهندسی ژنتیکی کرد تا توانایی آنها در هدف قرار دادن سلول‌های سرطانی را بهبود بخشید.

اصلاح سلول‌های T و سایر سلول‌های بدن بیمار

دانشمندان انتظار دارند این روش جدید به ویژه برای اصلاح سلول‌های T و سایر سلول‌های بدن خود بیمار در جهت سلول درمانی مفید باشد. یکی از این کاربردها می تواند برای درمان CAR T (سلول T گیرنده آنتی ژن کایمریک) باشد که از سلول‌های ایمنی اصلاح شده ویژه بیمار برای درمان سرطان استفاده می‌کند. سلول‌های T - نوعی گلبول سفید خون - از بیمار خارج می‌شوند و پس از ورود مجدد به جریان خون، برای یافتن و حمله به سلول‌های سرطانی دوباره برنامه‌ریزی می‌شوند. اولین درمان با CAR T مورد تایید FDA در Penn Medicine توسعه یافت و در سال 2017 تاییدیه سازمان غذا و دارو را دریافت کرد. اکنون شش درمان با سلول‌های CAR T مورد تایید FDA در ایالات متحده وجود دارد. این درمان‌ها انقلابی در درمان برخی از سرطان‌های سلول B، لنفوم‌ها و سایر سرطان‌های خون ایجاد کرده‌اند و بسیاری از بیمارانی را که امید چندانی به ادامه زندگی نداشتند، به بهبودی طولانی‌مدت تبدیل کرده‌اند.

سیستم‌های مبتنی بر CRISPR-Cas

مولکول‌های CRISPR-Cas از دفاع ضد ویروسی باکتریایی باستانی مشتق شده اند و برای حذف دقیق DNA در مکان‌های مورد نظر در ژنوم سلول طراحی شده اند. برخی از سیستم‌های مبتنی بر CRISPR-Cas حذف DNA قدیمی را با درج DNA جدید برای ویرایش ژنوم همه کاره ترکیب می‌کنند. این رویکرد می‌تواند برای جایگزینی ژن‌های معیوب با ژن‌های اصلاح شده یا حذف یا اصلاح ژن ها برای بهبود عملکرد سلولی مورد استفاده قرار گیرد. برخی از سیستم‌ها همچنین می‌توانند ژن‌هایی را اضافه کنند که ویژگی‌های جدیدی را به سلول‌های CAR T می‌دهند، مانند توانایی تشخیص تومورها یا مقاومت در برابر محیط خشن تومور که معمولاً سلول‌های T را خسته می‌کند. اگرچه سیستم‌های CRISPR-Cas در حال حاضر به‌عنوان ابزار آزمایشگاهی استاندارد برای زیست‌شناسی مولکولی استفاده می‌شوند، ولی استفاده از آن‌ها در اصلاح سلول‌های بیماران برای ساخت درمان‌های مبتنی بر سلول محدود بوده است - تا حدی به این دلیل که مولکول‌های CRISPR-Cas می‌توانند به سختی وارد سلول‌ها شوند. سپس وارد هسته‌های حاوی DNA سلولی می‌شوند.

روش جدید برای وارد کردن سیستم‌های CRISPR-Cas به سلول‌ها

روش‌های کنونی برای وارد کردن سیستم‌های CRISPR-Cas به سلول‌ها، که شامل استفاده از ویروس‌های حامل و پالس‌های الکتریکی است، برای سلول‌هایی که مستقیماً از بیماران گرفته می‌شوند (به نام سلول‌های اولیه) ناکارآمد هستند. و حتی می‌تواند باعث تغییرات ناخواسته گسترده ای در فعالیت ژن شود." در این مطالعه، محققان استفاده از قطعات کوچک پروتئین مشتق شده از ویروس، به نام پپتیدها، را برای هدایت مولکول های CRISPR-Cas به طور موثرتر از طریق غشای بیرونی سلول‌های اولیه انسانی و درون هسته آن‌ها مورد بررسی قرار دادند. به طور قابل توجهی، محققان دریافتند که ترکیبی از دو پپتید اصلاح‌شده - یکی در HIV و دیگری در ویروس‌های آنفلوانزا - می‌تواند با مولکول‌های CRISPR-Cas مخلوط شود تا آنها را به سلول‌های اولیه انسان یا موش و هسته‌های آن‌ها با کارایی تا حداکثر برساند. در این روش تقریباً 100 درصد مواد، بسته به نوع سلول - تقریباً بدون سمیت یا تغییر در بیان ژن انتقال می‌باید. این تیم روشی را که آن را PAGE (ویرایش ژنوم به کمک پپتید) می‌نامند، برای چندین نوع سلول درمانی پیش‌بینی‌شده از جمله درمان‌های سلول CAR T نشان دادند.

رویکرد PAGE

در مجموع می‌توان گفت که تحویل ساده، کارآمد و قابل تحمل سیستم های ویرایش ژنوم CRISPR به سلول‌های اولیه همچنان یک چالش بزرگ است. در اینجا ما یک سیستم CRISPR-Cas ویرایش ژنوم به کمک پپتید (PAGE) برای ویرایش سریع و قوی سلول‌های اولیه با حداقل سمیت را توصیف می‌کنیم. سیستم PAGE تنها به یک انکوباسیون 30 دقیقه‌ای با Cas9 یا Cas12a نفوذگر سلولی و پپتید فرار آندوزومی نافذ سلولی برای دستیابی به ویرایش ژنوم تک و چندگانه قوی نیاز دارد. برخلاف روش‌های مبتنی بر الکتروپوریشن، ویرایش ژن PAGE سمیت سلولی پایینی دارد و اختلال رونویسی قابل‌توجهی نشان نمی‌دهد. در همی راستا با استفاده از این روش ما ویرایش سریع و کارآمد سلول‌های اولیه، از جمله سلول‌های T انسان و موش، و همچنین سلول‌های پیش‌ساز خون‌ساز انسان را با راندمان ویرایش بالاتر از 98 درصد نشان دادیم. در واقع می‌توان گفت که PAGE یک پلت فرم قابل تعمیم گسترده برای مهندسی ژنوم نسل بعدی در سلول‌های اولیه فراهم می‌کند. علاوه بر استفاده بالقوه این روش جدید انتقال در سلول درمانی و ژن درمانی، نویسندگان خاطرنشان می‌کنند که رویکرد PAGE می‌تواند کاربرد گسترده ای در تحقیقات علمی پایه داشته باشد. ناکارآمدی روش‌های استاندارد نفوذ سلولی CRISPR-Cas به این معناست که ویرایش ژنی برای ایجاد مدل‌های موشی بیماری‌ها معمولاً نیازمند فرآیندی چند مرحله‌ای و زمان‌بر برای تولید موش‌های تراریخته است تا ماشین‌های ویرایش ژن را در DNA آنها معرفی کند. در مقابل، PAGE با راندمان بالا و سمیت کم ممکن است ویرایش سریع، کارآمد و ساده ژن را در موش‌های آزمایشگاهی معمولی امکان پذیر کند.

Junwei Shi یکی از نویسندگان ارشد این پژوهش، دکترا، استادیار زیست شناسی سرطان و عضو موسسه اپی ژنتیک پن و موسسه تحقیقات سرطان خانواده آبرامسون.گفت: «سادگی و قدرت مفهوم کمک به پپتید نشان می‌دهد که می‌تواند در آینده برای تحویل به سلول‌های اولیه سایر پروتئین‌های ویرایش‌کننده ژنوم یا حتی داروهای مبتنی بر پروتئین سازگار شود.»

پایان مطلب/.