رویکرد جدید برای مهندسی کارآمد درمان های سلولی و ژنی

یک رویکرد جدید برای مهندسی ژنتیک سلول‌ها نویدبخش بهبودهای قابل توجهی در سرعت، کارایی و کاهش سمیت سلولی در مقایسه با روش‌های فعلی است. طبق مطالعه محققان دانشکده پزشکی پرلمن در دانشگاه پنسیلوانیا، این رویکرد همچنین می تواند به توسعه سلول درمانی های پیشرفته برای سرطان ها و سایر بیماری ها کمک کند.

در مطالعه ای که این هفته در بیوتکنولوژی طبیعتمحققان 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 آنها با کارایی فوق‌العاده بالا و سمیت سلولی کم استفاده شود.

دانشمندان انتظار دارند این روش جدید به ویژه برای اصلاح سلول های T و سایر سلول های بدن خود بیمار برای ساخت سلول درمانی مفید باشد. یکی از این کاربردها می تواند درمان CAR T (سلول T گیرنده آنتی ژن کایمریک) باشد که از سلول های ایمنی اصلاح شده ویژه بیمار برای درمان سرطان استفاده می کند. 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 سلول های CAR T مورد تایید FDA در ایالات متحده وجود دارد. درمان‌ها انقلابی در درمان برخی از سرطان‌های سلول B، لنفوم‌ها و سایر سرطان‌های خون ایجاد کرده‌اند و بسیاری از بیمارانی را که امید چندانی نداشتند، به بهبودی طولانی‌مدت تبدیل کرده‌اند.

این رویکرد جدید-; بر اساس تاریخچه نوآوری سلول درمانی و ژن درمانی Penn Medicine – این پتانسیل را دارد که یک فناوری توانمندساز اصلی برای درمان های سلولی مهندسی شده باشد.

E. John Wherry، دکترا، نویسنده ارشد، ریچارد و باربارا شیفرین، استاد برجسته رئیس جمهور و رئیس سیستم فارماکولوژی و درمان ترجمه در Penn Medicine

مولکول های CRISPR-Cas از دفاع ضد ویروسی باکتریایی باستانی مشتق شده اند و برای حذف دقیق DNA در مکان های مورد نظر در ژنوم سلول طراحی شده اند. برخی از سیستم های مبتنی بر CRISPR-Cas حذف DNA قدیمی را با درج DNA جدید برای ویرایش ژنوم همه کاره ترکیب می کنند. این رویکرد می تواند برای جایگزینی ژن های معیوب با ژن های 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، 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.

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 می تواند 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 سلول های اولیه انسانی و درون هسته آن ها مورد بررسی قرار دادند. به طور قابل توجهی، محققان دریافتند که ترکیب 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. تقریباً 100 درصد، بسته به نوع سلول – تقریباً بدون سمیت یا تغییر در بیان ژن.

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.

علاوه بر استفاده بالقوه آن در سلول درمانی و ژن درمانی، نویسندگان خاطرنشان می کنند که رویکرد PAGE می تواند 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 موش های آزمایشگاهی معمولی امکان پذیر کند.

Junwei Shi یکی از نویسندگان ارشد این پژوهش 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.» دکترا، استادیار زیست شناسی سرطان و عضو موسسه اپی ژنتیک پن و موسسه تحقیقات سرطان خانواده آبرامسون.

این مطالعه یک همکاری بود که شامل آزمایشگاه‌های Rahul Kohli، MD، PhD، یکی از نویسندگان پن، دانشیار بیماری‌های عفونی و بیوشیمی و بیوفیزیک، و گرد بلوبل، دکتر، دکتر Frank E. Weise III پروفسور بود. اطفال و مدیر مشترک موسسه اپی ژنتیک.