پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

 ده سال پیش، ویرایش ژن CRISPR توسط مقالهای در ساینس به دنیا معرفی شد.  تنها هشت سال بعد، نویسندگان ارشد این مقاله، جنیفر آ. داودنا و امانوئل شارپنتیه، جایزه نوبل شیمی را مشترکا دریافت کردند.  در آن زمان، کاملاً مشخص شده بود که ابزار ویرایش ژن موسوم به CRISPR-Cas9 توانایی محققان را برای ایجاد تغییرات دقیق در ژنوم تغییر می دهد.

 CRISPR برای دستکاری ژنوم موجودات در انسان و حیوانات و سایر موجودات زنده استفاده شده است.  هنگامی که نوبت به کشف و توسعه دارو می رسد، از CRISPR برای حذف یا اصلاح DNA در موش های تحقیقاتی برای مطالعه فنوتیپ های بیماری و توسعه درمان های جدید استفاده می شود.
 این فناوری، ایجاد سریع انواع ساختار را از طریق حذف، بازتولید یا وارونگی مناطق ژنومی در مدلهای حیوانی ساده میکند و به دانشمندان اجازه میدهد مدلهای مبتنی بر سلولی پیش بینی کنندهتر تولید کنند و اهداف دارویی جدید را به روشی سریعتر و مقرون به صرفه تر شناسایی کنند.  روش های پیچیدهای که امکان غربالگری CRISPR را در ریزمحیط طبیعی - در مدلهای ارگانوئیدی و حتی در مدلهای حیوانی کامل - فراهم میکنند، وابستگیهای ژنتیکی را نشان دادهاند که با تلاش های غربالگری آزمایشگاهی نمی توان آنها را آشکار کرد.
 علاوه بر توانایی ایجاد سیستمهای مدل مرتبطتر نسبتاً آسان، عامل زمان نیز ثابت شده است که می تواند یک تغییر دهنده بازی به شمار رود.  مدلسازی بیماریهای پیچیده انسانی نیاز به تغییرات ژنتیکی پیچیدهای دارد که دستیابی به آن ماهها یا سالها طول میکشد.  با این حال، با CRISPR، این تغییرات را می توان در چند هفته به دست آورد.  همانطور که فناوری CRISPR به تکامل خود ادامه میدهد، نحوه مطالعه مدلهای حیوانی را به روش های عمده تغییر می دهد - موش های تراریخته را میتوان سریعتر از همیشه و با دقت بسیار بالا تولید کرد، و این مدلهای حیوانی توانایی آزمایش و پیشبینی کارایی و ایمنی یک هدف دارویی را در مراحل اولیه، بهینه سازی و تسریع فرآیند دارند.

 1. مدل سازی دقیق که اعتبارسنجی هدف را متحول می کند

 مدل های حیوانی تولید شده توسط فناوری CRISPR در کشف داروهای جدید بسیار مهم بوده است.  این فناوری موش های بسیار سفارشی سازی شده ای را تولید میکند که DNA آنها برای بازتاب یک سیستم ایمنی انسانی تغییر یافته است، که مدلسازی دقیق در تحقیقات و همچنین اعتبارسنجی و ارزیابی اثربخشی هدف را ممکن میسازد.  قبل از استفاده از این فناوری، تولید حیوانات آزمایشی ممکن بود تا 18 ماه طول بکشد - اکنون از یک سوم تا نیمی از این زمان برای ایجاد یک حیوان پایه طول میکشد که این امر آن را مقرون به صرفه تر از مدل های حیوانی بالینی جایگزین می کند.

 فناوری CRISPR-Cas9 برای از بین بردن DNA در موش های صحرایی مورد استفاده قرار گرفته است، به این معنی که ژن حیوانی برای یک هدف خاص خاموش میشود و ژن معیوب بیماری انسانی وارد میشود و همان جهش را به ژن موش وارد میکند که در این مقاله میبینیم. این به محققان اجازه می دهد تا روی درمان هایی برای هدف انسانی تمرکز کنند.

 نمونه ای از این رویکرد قبل از CRISPR را می توان در موش ناک اوت آپولیپوپروتئین E (Apo E) مشاهده کرد که توسط دو آزمایشگاه مستقل در سال 1992 ساخته شد. Apo E لیپیدهای غذایی و درون زا را پاک می کند و کلسترول را از بافت های محیطی حذف می کند.  کمبود Apo E باعث آترواسکلروز تهاجمی، نوعی بیماری قلبی عروقی، در موش می شود.

 موش مبتلا به نقص آپو E نشان داد که محدود کردن جذب کلسترول هم کلسترول پلاسما و هم ابتلا به تصلب شرایین را به حداقل میرساند و به محققان اطمینان میدهد که آزمایشهای بالینی را برای ezetimibe، دارویی که بعداً در سال 2002 برای درمان هیپرکلسترولمی تأیید شد، انجام دهند.  

کارآزمایی های بالینی همچنان نشان می دهند که ezetimibe از حوادث قلبی عروقی عمده در بیماران پرخطر مبتلا به بیماری قلبی عروقی از قبل موجود جلوگیری میکند.

 امروزه، مدل هایی با تغییرات دقیق تر را می توان با فناوری CRISPR تولید کرد.

 2. آزمایش کارایی در سیستم های انسانی

 پیش بینی اثربخشی درمانها هنگام برنامهریزی برای آزمایشهای بالینی پرهزینه و زمانبر مهم است.  سیستم های مدل حیوانی می توانند فیزیولوژی انسان را تقلید کنند، بنابراین این مدل ها می توانند به تولید داده های قابل اعتمادی کمک کنند که ایمنی و اثربخشی یک درمان را نشان می دهد.

 برای ارزیابی و اطمینان از ترجمه بین مدلهای انسان و حیوان، CRISPR ایجاد پلیمورفیسمهای تک نوکلئوتیدی (SNPs) را سادهتر میکند، که فراوانترین منبع تنوع ژنتیکی در ژنوم انسان است.  بر این اساس، CRISPR می تواند استفاده از SNP ها را در انسانی کردن مناطق قابل توجهی از DNA در مدل های حیوانی و ایجاد مدل های پیش بینی کننده بیماری تسهیل کند.  توانایی شناسایی SNP هایی که به حساسیت بیماری های رایج کمک می کنند، اطلاعاتی را فراهم می کند که می تواند تشخیص زودهنگام، پیشگیری و درمان بیماری های انسانی را تسریع کند.

 محققانی که امیدوارند به آزمایش های بالینی برای شرایطی مانند بیماریهای قلبی عروقی ادامه دهند، باید بتوانند اثربخشی درمان هایی را با هدف کاهش عوارض و مرگومیر پیشبینی کنند.  داده های حاصل از تحقیقات با سیستم های مدل حیوانی برای پیش بینی اثربخشی بسیار مهم است. اثربخشی درمان میتواند به شدت تحتتاثیر تنوع ژنتیکی قرار گیرد، و معرفی جهش های مرتبط با بیماری در یک مدل حیوانی انسانی شده می تواند به مطالعات اثربخشی پس زمینه مرتبطی بدهد، در نتیجه ارزش ترجمه را حتی زمانی که همه تعاملات ژنتیکی شناخته نشدهاند، افزایش دهد.

 غربالگری مبتنی بر CRISPR-Cas9 همچنین می تواند برای شناسایی اهداف برای درمان ترکیبی استفاده شود.  به عنوان مثال، کشندگی مصنوعی در یک کمپین غربالگری CRISPR بین درمان لنواتینیب و مهار ژنتیکی گیرنده فاکتور رشد اپیدرمی (EGFR) مشاهده شد.  مطالعات اثربخشی با استفاده از درمان مشترک با مهارکننده های EGFR gefitinib و lenvatinib این نتایج را با یک ترجمه خوب به بیماران سرطان کبدی پیشرفته که به داروی خط اول lenvatinib پاسخ نمی دادند، پشتیبانی کرد و پاسخ های بالینی معنی داری را به درمان ترکیبی نشان داد.

 3. الهام بخش اعتماد به نفس در ایمنی یک درمان معین

 ایمنی در فرآیند تولید دارو ضروری است.  قبل از اینکه مطالعات بتوانند به سمت اهداف انسانی حرکت کنند، باید مشخصات خطر بالینی یک درمان جدید بالقوه پیش بینی شود.

 داده های ارائه شده از یک مدل حیوانی قابل اعتماد، اعتماد به تکنیک و ایمنی یک رویکرد خاص را القا می کند.  بر اساس نتایج مشاهده شده در این مدل ها، شرکت ها می توانند مراحل بعدی تحقیق و توسعه را طی کنند.  فناوری CRISPR-Cas9 را می توان در مراحل مختلف برای کاهش خطرات ایمنی به کار گرفت.  جهش و بازیابی یک هدف دارویی احتمالی در یک محیط ایزووژنیک میتواند باعث تمایز پاسخ های خارج از هدف از پاسخ های روی هدف شود، و زمانی که این رویکرد در مراحل اولیه اعمال شود، میتواند مجموعه ای از ترکیبات با خطرات خارج از هدف کمتر را مشخص کند.

 هنگامی که مطالعات ایمنی in vivo وارد شد، تقلید دقیقتر از سیستم پیچیده انسانی به افشای خطراتی که ممکن است هنگام انتقال به آزمایش های بالینی رخ دهد، کمک میکند، مثلاً با تغییرات ژنتیکی که بر عملکرد بافت های متصل یا سیستم ایمنی تأثیر میگذارد.

 وقتی صحبت از موفقیت داروهای انقلابی مبتنی بر CRISPR می شود، اثرات ناخواسته ویرایش ژن بسیار مهم است.  خطرات حذف DNA و جهش های ناخواسته باید در نظر گرفته شود که جنبه مهمی از مشخصات ایمنی چنین درمان هایی است.  هنگامی که این موضوع تحت کنترل باشد، یک رویکرد مبتنی بر CRISPR-Cas9 می تواند استفاده از سلول های بنیادی را در کاربردهای پزشکی بازساختی مانند جایگزینی بافت ها یا اندام های ناکارآمد پیش ببرد.

 چشم انداز در حال تحول CRISPR و آینده مدل های حیوانی

 قدرت فناوری CRISPR در سهولت و کنترل بیسابقهای است که CRISPR برای ویرایش ژنوم به ارمغان میآورد، و این قدرت میتواند در چندین مرحله در خط تولید و توسعه دارو اعمال شود.  اگرچه این فناوری دارای محدودیت هایی مانند اثرات خارج از هدف یا مشکلات ایجاد اصلاحات پیچیدهتر ژنومی است، CRISPR-Cas9 نوید پیشبرد کاربردهای پزشکی جدید، به طور بالقوه درمان یا حتی درمان شرایطی از بیماریهای قلبی عروقی تا اختلالات خونی نادر ارثی را میدهد.

 مدلهای حیوانی همچنان برای فعالیتهای تحقیقاتی و اکتشافی که این درمان ها را به پیش میبرند، محوری خواهند بود.  با این حال، مهندسی ژنوم CRISPR-Cas9 با حصول اطمینان از اینکه مدل های in vitro مرتبط ترین ویژگی های ژنتیکی و سلولی را قبل از شروع آزمایش حیوانی دارند، تضمین می کند که سیستم های مدل in vivo ظرفیت ترجمه بالاتری خواهند داشت، نرخ موفقیت را افزایش میدهند و در نتیجه استفاده کلی از حیوانات را کاهش میدهند.


https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/three-ways-crispr-is-making-animal-research-models-more-predictive/