ساخت نانوذراتی که ابزارهای ویرایش ژن را به بافت‌ها و اعضای خاص بدن می‌رسانند

به گزارش سرویس تازه های دنیای فناوری مجله تک تایمز ،

یکی از پیشرفت‌های چشمگیر اخیر در پژوهش‌های زیست‌پزشکی، توسعه‌ی روش‌های بسیار هدفمند ویرایش ژن مانند کریسپر است که می‌تواند ژنی را درون یک سلول با دقت زیادی اضافه یا حذف کند یا تغییر دهد. این روش در حال آزمایش یا استفاده برای درمان بیماران مبتلا به کم‌خونی سلول داسی و سرطان‌هایی مانند میلوم متعدد (مولتیپل میلوما) است و به‌تازگی مبتکران آن، یعنی امانوئل شارپنتیه و جنیفر دودنا، جایزه‌ی نوبل شیمی را دریافت کردند.

درحالی‌که ویرایش ژن در پیداکردن و تغییر ژن‌ها بسیار دقیق است، هنوز راهی برای هدایت درمان به مکان‌های خاصی از بدن وجود ندارد. درمان‌هایی که تاکنون آزمایش شده است، برداشتن سلول‌های بنیادی خون یا سلول‌های T سیستم ایمنی از بدن بیمار به‌منظور اصلاح آن‌ها و سپس بازگردادن مجددشان به بدن او برای نوسازی سلول‌های خون یا بازسازی پاسخ ایمنی را شامل می‌شود که فرایند زمان‌گیر و پرهزینه‌ای است.

پژوهشگران دانشگاه تافتس براساس دستاوردهای شارپنتیه و دودنا اولین‌بار راهی برای تحویل مستقیم و کارآمد بسته‌های ویرایش ژن ازطریق سد خونی‌مغزی و به مناطق خاصی از مغز به سلول‌های سیستم ایمنی یا به بافت‌ها و اعضای خاص بدن در مدل‌های موش پیدا کردند. این کاربردها می‌تواند راهگشای استراتژی‌های کاملا جدیدی در درمان بیماری‌های عصبی و نیز سرطان و بیماری‌های عفونی و بیماری‌های خودایمنی باشد.

گروهی از مهندسان دانشگاه تافتس با سرپرستی کیائوبینگ ژو، به‌دنبال یافتن راهی برای بسته‌بندی کیت ویرایش ژن بودند؛ به‌طوری که بتواند به‌جای استفاده در آزمایشگاه، به بدن تزریق شود و وظیفه‌ی خود را روی سلول‌های هدف در بدن انجام دهد. آن‌ها از نانوذرات لیپیدی (LNPs) استفاده کردند که حباب‌های کوچکی از مولکول‌های چربی هستند که می‌توانند آنزیم‌های ویرایشگر را بپوشانند و آن‌ها را به سلول‌ها یا بافت‌ها یا اعضای خاصی از بدن برسانند.

لیپیدها مولکول‌هایی هستند که دنباله‌ی بلند کربنی دارند و به آن‌ها قوام روغنی می‌دهد و یک سر هیدروفیلیک (آب‌دوست) دارند که جذب محیط‌های آبی می‌شود. همچنین، معمولا بین سر و دنباله پیوندی مبتنی‌بر نیتروژن یا گوگرد یا اکسیژن وجود دارد. لیپیدها در اطراف نانوذرات به‌گونه‌ای قرار می‌گیرند که سر آن‌ها به‌سمت بیرون و دنباله‌ی آن‌ها به‌سمت داخل و مرکز قرار می‌گیرد. گروه ژو توانست سطح نانوذرات لیپیدی را چنان اصلاح کند که بتواند به انواع خاصی از سلول بچسبد، با غشاهای آن‌ها ادغام شود و آنزیم‌های ویرایشگر ژن را برای انجام کار درون سلول‌ها آزاد کند.

ساخت نانوذره‌ی لیپیدی هدفمند به اجرای ترفندهای شیمیایی نیاز دارد. پژوهشگران با ایجاد ترکیبی از سرها و دنباله‌ها و پیونددهنده‌های مختلف، می‌توانند (ابتدا در آزمایشگاه) انواع مختلفی از کاندیداها را ازنظر توانایی تشکیل نانوذراتی غربالگری کنند که سلول‌های خاص را هدف قرار می‌دهند. سپس بهترین کاندیداها را می‌توان در مدل‌های موش آزمایش کرد و برای بهینه‌سازی هدفمندی و تحویل آنزیم‌های ویرایشگر ژن به سلول‌های مدنظر در موش، آن‌ها را ازنظر شیمیایی اصلاح کرد. ژو گفت:

ما روشی درزمینه‌ی هدفمندکردن تحویل بسته‌ برای طیف وسیعی از درمان‌های بالقوه ازجمله ویرایش ژن ایجاد کردیم. این روش‌ها متکی‌بر شیمی ترکیبی در صنایع دارویی برای طراحی خود داروها استفاده می‌شود؛ اما به‌جای آن ما از این رویکرد برای طراحی اجزای وسیله‌ی حامل استفاده می‌کنیم.

ژو و همکارانش برای کمک به عبور ذرات از سد خونی‌مغزی از نوعی ناقل عصبی روی سر برخی لیپیدها استفاده کردند. سد خونی‌مغزی درحالت معمول دربرابر مجموعه مولکول‌هایی به بزرگی نانوذرات لیپیدی نفودناپذیر است. توانایی تحویل ایمن و کارآمد داروها ازطریق سد خونی‌مغزی و رساندن آن به مغز مسئله‌ای قدیمی در پزشکی بوده است.

در ابتدا، آزمایشگاه ژو مجموعه‌ی کاملی از RNAهای پیام‌رسان و آنزیم‌های تشکیل‌دهنده‌ی کیت کریسپر را به مناطق هدف در مغز حیوانی زنده تحویل داد. برخی تغییرات جزئی در پیونددهنده‌های لیپید و دنباله‌ها به ساخت نانوذراتی کمک کرد که می‌توانستند داروی ضدقارچ آمفوتریسین بی را به مغز تحویل دهند که مولکول کوچکی است (برای درمان مننژیت استفاده می‌شود) و قطعه‌ای از DNA را که به ژن تولیدکننده‌ی پروتئین تائو (پروتئین مرتبط با بیماری آلزایمر) متصل می‌شود و آن را خاموش می‌کند.

اخیرا، ژو و گروهش نانوذرات لیپیدی را ساخته‌اند تا بسته‌های ویرایش‌کننده ژن را به سلول‌های T موش‌ها تحویل دهد. سلول‌های T به تولید آنتی‌بادی کمک می‌کنند و سلول‌های عفونی را قبل از اینکه ویروس‌ها بتوانند تکثیر و منتشر شوند، از بین می‌برند و سلول‌های دیگر سیستم ایمنی را تنظیم و سرکوب می‌کنند.

نانوذرات لیپیدی مذکور با سلول‌های T در کبد یا طحال، جایی که معمولا در آنجا ساکن هستند، ادغام می‌شوند تا محتوای ویرایش‌کننده‌ی ژن را به آن‌ها تحویل دهند. سپس می‌توانند آرایش مولکولی و رفتار سلول T را تغییر دهند. این اولین گام در فرایند نه‌تنها آموزش سیستم ایمنی، بلکه برای مهندسی آن برای مبارزه‌ی بهتر با بیماری است.

رویکرد ژو درباره‌ی ویرایش ژنوم سلول T احتمالا درمقایسه‌با روش‌هایی که تاکنون با استفاده از ویروس‌ها برای اصلاح ژنوم آن‌ها انجام شده است، هدفمندتر و کارآمدتر و ایمن‌تر است. ژو گفت:

با هدف قرار‌دادن سلول‌های T می‌توانیم از شاخه‌ای از سیستم ایمنی استفاده کنیم که تطبیق‌پذیری فراوانی در مبارزه با عفونت‌ها و محافظت دربرابر سرطان و تنظیم واکنش‌های التهابی و خودایمنی دارد.

در ادامه بخوانید:

ژو و گروهش مکانیسم‌هایی را بررسی کردند که نانوذرات لیپیدی ممکن است راه خود را به‌سمت اهدافشان در بدن پیدا کنند. در آزمایش‌هایی که با هدف سلول‌های موجود در ریه انجام شد، آن‌ها دریافتند که این نانوذرات پس از تزریق پروتئین‌های خاصی را در خون برداشته‌اند. پروتئین‌ها که اکنون روی سطح این نانوذرات قرار گرفته‌اند، به اصلی‌ترین عنصری تبدیل می‌شوند که به نانوذرات در اتصال به هدف کمک می‌کنند. این اطلاعات می‌تواند به بهبود طراحی ذرات تحویل‌دهنده‌ی آینده کمک کند. درحالی‌که نتایج در موش‌ها نشان داده شده است، ژو هشدار داد که مطالعات بیشتر و کارآزمایی‌های بالینی نیاز است تا کارآیی و ایمنی این روش تحویل در انسان‌ها مشخص شود.

بمنظور اطلاع از دیگر خبرها به صفحه اخبار فناوری مراجعه کنید.
منبع خبر

نوشته های مشابه

بستن