پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

آزمایش‌ها روی مدل‌های حیوانی توسط محققان دانشکده پزشکی لوئیس کاتز در دانشگاه تمپل و مرکز پزشکی دانشگاه نبراسکا (UNMC) نشان داده است که چگونه ویرایش دو ژن HIV-1 و CCR5 (گیرنده‌ای که به ویروس برای ورود به سلول­ها کمک می‌کند) می تواند به طور موثری عفونت HIV را از بین ببرد. این تیم از فناوری مبتنی بر CRISPR برای غیرفعال کردن CCR5 و بریدن قطعات DNAی HIV-1 از سلول‌های آلوده در موش‌های انسان­سازی شده (hu-mice) که همچنین با استفاده از داروهای ضد رتروویروسی نیز تیمار شده بودند، استفاده کردند. به گفته محققان، این کار اولین بار است که یک استراتژی ویرایش ژن دوگانه را با داروهای ضد رتروویروسی برای درمان حیوانات مبتلا به HIV-1 ترکیب می­کند.

به گفته­ ی کامل خلیلی و پروفسور لورا اچ. کارنل «ایده­ی برش ژن HIV-1 و همزمان غیرفعال‌سازی ژن CCR5 با استفاده از فناوری ویرایش ژن، مبتنی بر مشاهدات حاصل از درمان‌های گزارش‌شده در بیماران مبتلا به HIV است. در موارد معدودی از درمان HIV در انسان، بیماران به دلیل سرطان خون تحت پیوند مغز استخوان قرار گرفتند و سلول‌های اهدایی که برای پیوند مورد استفاده قرار گرفتند، دارای جهش‌های غیرفعال کننده ژن CCR5 بودند.

هاوارد ای. جندلمن نیز اضافه کرد که "درمان HIV تصویری بزرگ است از طریق همکاری مداوم ما در تمپل و UNMC، تحقیقات معنی‌داری انجام شده است که در نهایت می‌تواند بر زندگی بسیاری از مردم تأثیر بگذارد.»

محققان با گزارشی از کار خود در PNAS با عنوان “ویرایش ژن­های CCR5 و HIV-1 با CRISPR حذف ویروس را در موش‌های انسان‌سازی شده آلوده به ویروس و نیز سرکوب‌شده با داروهای ضد رترویروس تسهیل می‌کند” بیان کردند که “درمان با کریسپر دوگانه (ویرایش دو ژن) در مقایسه با تنها یک درمان (ویرایش یک ژن) از لحاظ آماری پیشرفت قابل ملاحظه­ای در درمان HIV-1 نشان داد”.

نویسندگان این مقاله همچنین خاطرنشان کردند که درمان فعلی HIV-1 شامل درمان ضد رتروویروسی (ART) و به طور گسترده­ای آنتی‌بادی‌های خنثی‌کننده است. چنین درمان­هایی می­توانند ویروس عفونی را کاهش دهند، اما به طور کامل از بین نمی­برند. HIV  ژنوم خود را درون ژنوم سلول‌های میزبان ادغام کرده و می‌تواند برای مدت طولانی در مخازن بافتی و به دور از دسترسی به داروهای ضد رتروویروسی به صورت غیرفعال بماند. در نتیجه، هنگامی که ART متوقف می­شود، تکثیر HIV تجدید شده و باعث ایجاد ایدز می­شود. این تیم تحقیقاتی خاطرنشان کرد: «HIV-1 دوره کمون و نهفتگی دارد و منجر به تاخیر عملکرد در سلول‌های CD4⁺ T و فاگوسیت‌های تک هسته‌ای (مونوسیت‌ها، ماکروفاژها و سلول‌های دندریتیک) شده که نشان‌دهنده مانع اولیه برای درمان است».

درمان عملکردی عفونت HIV-1 در سه مورد ثبت شده است و در هر مورد، درمان لوسمی میلوئید حاد با پیوند سلول‌های بنیادی خونساز آلوژنیک حاوی جهش‌های هتروزیگوت یا هموزیگوت در ژن CCR5 Δ32 انجام شد. این محققان توضیح دادند: «درمان HIV-1 شامل تضعیف عفونت ویروسی در حال گسترش، وجود سلول‌ها و مخازن بافتی آلوده به ویروس، و عدم وجود DNA درج شده و مخفی پرو-ویروسی بود».

با توجه به نتایج درمانی در این بیماران، تیم این فرضیه را مطرح کرد که مانع فعلی برای از بین بردن عفونت ممکن است با استفاده از روش ویرایش ژن مبتنی بر CRISPR از بین برود. محققین ارشد این مطالعه، همکاری طولانی مدتی داشته­ اند و در کار قبلی خود نشان داده ­اند که HIV را می­توان از ژنوم موش­های زنده آلوده به HIV ویرایش کرد که منجر به درمان در برخی از این حیوانات شده است.

در آن تحقیق، خلیلی و رافال کامینسکی، تخصص خود را در فناوری CRISPR برای هدف قرار دادن HIV-1 با یک استراتژی درمانی که با عنوان درمان ضد رتروویروسی (ART) با اثر آهسته و عملکرد طولانی (LASER) شناخته می­شود ترکیب کردند. ART  LASER تکثیر HIV را برای مدت طولانی در سطوح پایینی نگه می­دارد و دفعات تجویز ART را کاهش می­دهد.

با این حال، علیرغم اینکه می‌توان HIV را در موش‌های تیمار شده با LASER-ART از بین برد، محققان دریافتند که HIV در نهایت می‌تواند دوباره از مخازن بافت بیرون بیاید و باعث برگشت عفونت شود. این اثر مشابه عفونت برگشتی در بیمارانی است که با ART تیمار شده اند اما به طور ناگهانی متوقف شده یا در درمان دچار اختلال می شوند. برای جلوگیری از عفونت برگشتی، خلیلی و همکارانش روی نسل بعدی فناوری CRISPR برای برداشتن HIV کار کردند و یک سیستم جدید و دوگانه با هدف حذف دائم HIV از مدل حیوانی توسعه دادند. خلیلی توضیح داد: “ از داستان­های موفقیت آمیز بیماران HIV انسانی که تحت پیوند مغز استخوان به دلیل سرطان خون قرار گرفته اند و از HIV رها شده­اند، فرضیه ما این بود که از دست دادن گیرنده ویروس یعنی CCR5، برای از بین بردن دائمی عفونت HIV مهم است ”.

برای دستیابی به این هدف، محققان یک روش ساده و کاربردی­تر برای غیرفعال کردن CCR5 ایجاد کردند که شامل یک تلقیح IV از مولکول ویرایش ژن CRISPR است. این محققان توضیح دادند: «استفاده از دو فرمولاسیون CRISPR که به صورت متوالی تجویز می‌شوند، برای جلوگیری از «انتشار عفونت» موجود در سطوح پایین در طول ART طراحی شده است. این امر با پاکسازی DNA باقیمانده HIV-1 دنبال شد. این استراتژی برای حذف ویروس در موش­های آلوده به HIV-1 طراحی شده است.

آزمایش‌هایی که روی موش‌های LASER-ART توسط تیم جندلمن انجام شد، نشان داد که سازه‌های توسعه‌یافته در Temple، زمانی که با هم تجویز و تزریق شوند، منجر به سرکوب ویروسی، بازسازی سلول‌های T انسانی و حذف تکثیر HIV-1 در 58 درصد از حیوانات آلوده شد. یافته‌های آن‌ها از این ایده حمایت می‌کند که CCR5 نقش کلیدی در تسهیل عفونت HIV ایفا می‌کند. این تیم نتیجه گرفت: «ویرایش ژن CRISPR با هدف قرار دادن CCR5 میزبان و HIV-1 LTR-Gag در حالی که تکثیر ویروس با داروهای ضد رتروویروسی کنترل می­شود، می‌تواند منجر به حذف HIV-1 در مخازن بافتی حیوانات آلوده شود». «شواهد با عدم وجود بازگشت ویروسی پس از 11 هفته از قطع ART ارائه شد». محققان از تکنیک­های PCR و سنجش نجات ویروسی برای تایید یافته­ های خود استفاده کردند.

این تیم همچنین با اشاره به محدودیت‌های کار خود اظهار داشت: «برای دستیابی به حذف ۱۰۰ درصدی HIV، محموله CRISPR که عامل برش را حمل می‌کند باید به تمام سلول‌ها و محفظه‌های آلوده به HIV-1 برسد.» با این وجود، آنها نوشتند: «در نتیجه، علیرغم محدودیت‌های ذکر شده، تجویز متوالی ترکیب دو استراتژی ضد رتروویروسی CRISPR و ART به حذف موثر HIV-1 دست یافت و پتانسیل انتقال به کلینیک را دارد... ما نشان دادیم که پیشرفت‌های بیشتر در LASER-ART و CRISPR برای ویرایش ترکیبی ژن‌های ویروسی و ژن­های مهم سلولی مانند CCR5 در موش‌ها ممکن است به عنوان اثبات اصل برای تحقیقات بیشتر به سمت آزمایش‌های بالینی عمل کنند.

آن­ها پیش­بینی می­کنند که به زودی می­توانند ارزیابی استراتژی ویرایش ژن دوگانه را در پستانداران غیر انسان آغاز کنند. آن­ها معتقدند که استراتژی جدید ویرایش ژن دوگانه CRISPR نویدی استثنایی برای درمان HIV در انسان است. خلیلی خاطرنشان کرد که این یک رویکرد ساده و نسبتاً ارزان است. نوعی پیوند مغز استخوان که باعث درمان در انسان شده است و مختص بیمارانی است که سرطان خون نیز دارند. نیاز به چندین دوره تشعشع دارد و در مناطقی که دارای منابع محدود هستند و عفونت HIV شایع‌تر است، قابل استفاده نیست.

https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/dual-crispr-gene-editing-strategy-cures-animals-of-hiv-1/