درمان بیماری‌های ژنتیکی با کمک یک سیستم جدید

گروهی از پژوهشگران با استفاده از ذرات مهندسی‌شده شبه ویروس بدون DNA یا (eVLP)، یک سیستم دارورسانی جدید را برای بسته‌بندی و انتقال پروتئین‌های ویرایش‌کننده ژن به مدل‌های حیوانی بیماری ابداع کرده‌اند.

آن‌ها از ذرات eVLP برای ویرایش یک ژن در موش‌ها استفاده کردند که با سطح بالای کلسترول مرتبط است. این روش، بینایی را تا حدودی در موش‌های مبتلا به جهش نقطه‌ای (Point mutation) که باعث نابینایی ژنتیکی می‌شود، بازیابی کرد.

از آن جا که ذرات eVLP نسبت به برخی روش‌های مورد استفاده در مراکز درمانی، تحویل ایمن‌تر عوامل ویرایش ژن در بدن را امکان‌پذیر می‌کنند؛ این پلتفرم جدید می‌تواند یک فناوری امیدوارکننده برای تحویل درشت‌مولکول‌های درمانی در بدن حیوانات زنده با حداقل خطر ویرایش خارج از هدف یا ادغام با DNA باشد.

پژوهشگران در این پروژه، چگونگی توسعه ذرات ویروس مانند را برای ارائه ویرایشگر‌های بنیادین توضیح می‌دهند.

این ویرایشگرها، پروتئین‌هایی هستند که تغییرات قابل برنامه‌ریزی را در DNA و هسته پروتئین "کَس۹" (Cas ۹) که DNA را در نواحی هدف‌گذاری‌شده برش می‌دهد، ایجاد می‌کنند.

پژوهشگران، عواملی را شناسایی کرده اند که بر کارآیی انتقال ذرات شبه ویروس تاثیر می‌گذارند و نشان دادند که ذرات شبه ویروس مهندسی‌شده می‌توانند بر محدودیت‌های ساختاری متعدد غلبه کنند.

تحویل ایمن و کارآمد عوامل ویرایش ژن به سلول‌های انسان و حیوانات زنده، یک چالش بزرگ است. ذرات eVLP این گروه پژوهشی، نخستین ذرات شبه ویروس هستند که سطوح درمانی ویرایشگر‌های پایه را به سلول‌های گوناگون حیوانات بالغ ارائه می‌دهند.

دیوید لیو (David Liu)، از پژوهشگران این پروژه گفت: انتقال درشت‌مولکول‌های درمانی به سلول‌های حیوانات پستاندار و نهایتا انسان‌های بیمار، یکی از مهم‌ترین چالش‌های علوم زیستی است. اغلب بین تحویل آزمایشگاهی و درون‌جانداری، فاصله بسیار زیادی وجود دارد. بنابراین، ما در همان ابتدا تصمیم گرفتیم که فناوری تحویل جدید ما بتواند کارآیی خوبی را در مدل‌های حیوانی نشان دهد.

این سیستم تحویل نوین، کاربرد جدیدی را برای ذرات شبه ویروس ارائه می‌دهد و بر موفقیت ویرایشگر‌های بنیادین استوار است که آزمایشگاه لیو در سال ۲۰۱۶، آن‌ها را برای بازنویسی پایگاه‌های DNA فردی مانند جهش‌هایی که عامل هزاران بیماری ژنتیکی هستند، توسعه داد.

ذرات شبه ویروس، مجموعه‌ای از پروتئین‌های ویروسی هستند که می‌توانند سلول‌ها را آلوده کنند؛ اما مواد ژنتیکی ویروسی را ندارند. این ذرات مدت‌ها است که به عنوان وسیله‌ای برای دارورسانی مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

از آن جا که این ذرات، محموله‌های مولکولی را حمل می‌کنند و فاقد مواد ژنتیکی ویروسی هستند، می‌توانند از کارآیی و مزایای هدف‌گیری بافت بدون معایب استفاده از ویروس‌های واقعی استفاده کنند که مواد ژنتیکی خود را به ژنوم سلول وارد می‌کنند و به بروز سرطان منجر می‌شوند. با وجود این، راهبرد‌های کنونی تحویل ذرات eVLP، اثر درمانی محدودی داشته‌اند.

پژوهشگران برای استفاده موفقیت‌آمیز از ذرات eVLP، محدودیت‌های تحویل را شناسایی کردند و به مهندسی اجزای این ذرات برای غلبه بر تنگنا‌های بسته‌بندی، انتشار و بومی‌سازی محموله پرداختند. آن‌ها با این کار، نسل چهارم ذرات eVLP را توسعه دادند که ۱۶ برابر بیشتر از طرح‌های پیشین، محموله پروتئین‌ها را بسته‌بندی می‌کردند و کارآیی ویرایش در سلول‌ها و حیوانات را هشت تا ۲۶ برابر افزایش می‌دادند.

این گروه پژوهشی، سیستم بهینه‌سازی‌شده eVLP خود را برای ارائه ویرایشگر‌های بنیادین به کبد موش‌ها آزمایش کردند. آن‌ها به ویرایش ژنی پرداختند که می‌تواند سطوح کلسترول بد را کاهش دهد. تنها یک بار تزریق eVLP، به ویرایش ۶۳ درصدی ژن مورد نظر و کاهش ۷۸ درصدی سطح پروتئین آن منجر شد و خطر ابتلا به بیماری عروق کرونر قلب را به طور قابل توجهی کاهش داد.

آدیتیا راگورام (Aditya Raguram)، از پژوهشگران این پروژه گفت: هدف قرار دادن کلسترول، جذابیت ویژه‌ای دارد؛ زیرا فقط به افراد مبتلا به یک بیماری ژنتیکی نادر مربوط نیست. ما امیدواریم که این یکی از نمونه‌های ویرایش ژنوم باشد که به جمعیت زیادی سود می‌رساند؛ زیرا سطح کلسترول، بر سلامت میلیارد‌ها نفر تاثیر می‌گذارد.

پژوهشگران از یک بار تزریق eVLP برای اصلاح جهش نقطه‌ای عامل بیماری در موش‌های مبتلا به اختلال ژنتیکی شبکیه استفاده کردند. آن‌ها جهش نقطه‌ای را با ویرایش کمتری نسبت به سایر روش‌ها و به طور مؤثر تصحیح کردند که به بازیابی نسبی بینایی منجر شد.

آن‌ها ذرات eVLP را مستقیما به مغز موش تزریق کردند و حدود ۵۰ درصد کارآیی ویرایش را در سلول‌های در معرض eVLP مشاهده کردند.

ساماگیا بانسکوتا (Samagya Banskota)، از پژوهشگران این پروژه، خوشبین است که ذرات eVLP به دلیل سادگی نسبی سیستم و تطبیق‌پذیری آن، به سادگی توسط دانشمندان مورد استفاده قرار بگیرند.

بانسکوتا گفت: از آن جا که سیستم ما نسبتا ساده است و به راحتی مهندسی می‌شود، به دانشمندان دیگر امکان می‌دهد تا این فناوری را راحت‌تر به کار بگیرند و بر اساس آن کار کنند. ذرات eVLP فراتر از حمل ویرایشگر‌های ژن، توانایی انتقال سایر درشت‌مولکول‌ها با پتانسیل درمانی بالا را دارند.

این پژوهش، در مجله "Cell" به چاپ رسید.