بهبود روش ویرایش ژن میتواند به نسل بعدی سلول درمانی و ژن درمانی کمک کند
یک رویکرد جدید برای مهندسی ژنتیک، میتواند به بهبود قابل توجهی در سرعت، کارایی و کاهش سمیت سلولی در مقایسه با روشهای فعلی منجر گردد.
یک رویکرد جدید برای مهندسی ژنتیک، میتواند به بهبود قابل توجهی در سرعت، کارایی و کاهش سمیت سلولی در مقایسه با روشهای فعلی منجر گردد. طبق مطالعهای از محققان دانشکده پزشکی پرلمن در دانشگاه پنسیلوانیا، این رویکرد همچنین میتواند به توسعه روشهای پیشرفته مبتنی بر سلول درمانی برای سرطانها و سایر بیماریها کمک کند.
در این مطالعه که در Nature Biotechnology منتشر شد، محققان دریافتند که قطعات پروتئینی که توسط برخی ویروس‌ها برای ورود آنها به سلول‌ها استفاده می‌شود، میتواند برای وارد کردن مولکولهای ویرایش‌کنندهی ژنCRISPR-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 سلولهای T و سایر سلولهای بدن خود بیمار برای سلول درمانی مفید باشد. یکی از این کاربردها میتواند درمان با سلولهای CAR T (سلول Tدارای گیرنده آنتی ژن از نوع کایمریک) باشد که از سلولهای ایمنی اصلاح شده بیمار برای درمان سرطان استفاده میکند. سلول های T – نوعی گلبول سفید – از بیمار برداشته شده و مجددا برنامه ریزی شده (اصلاح ژنتیکی روی آن انجام شده) تا با ورود مجدد به جریان خون سلولهای سرطانی را پیدا کرده و به آنها حمله کند.
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 تا درمان با سلولهای CAR T مورد تایید FDA در ایالات متحده وجود دارد. این درمان‌ها انقلابی در درمان برخی از سرطان‌های سلولB، لنفوم‌ها و سایر سرطان‌های خون ایجاد کرده‌اند و بسیاری از بیمارانی را که امید چندانی نداشتند، بهبودی طولانی مدت داده است.
بنا بر گفته جان وری، ریچارد و باربارا شیفرین «این رویکرد جدید - بر اساس تاریخچه نوآوری سلول‌درمانی و ژن‌درمانی Penn Medicine - این پتانسیل را دارد که یک فناوری اصلی برای درمان‌های سلولی مهندسی شده باشد.
مولکولهای CRISPR-Cas از دفاع ضد ویروسی باکتریهای باستانی مشتق شدهاند و برای حذف دقیق DNA در مکانهای مورد نظر در ژنوم سلول طراحی شده اند. برخی از سیستمهای مبتنی بر CRISPR-Cas حذف DNA قدیمی را با درج DNA جدید برای ویرایش ژنوم ترکیب میکنند. این رویکرد می تواند برای جایگزینی ژنهای معیوب با ژنهای اصلاح شده یا حذف یا اصلاح ژنها 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 به‌عنوان ابزار آزمایشگاهی استاندارد برای زیست‌شناسی مولکولی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما استفاده از آنها در اصلاح سلولهای بیماران برای ساخت درمان‌های مبتنی بر سلول محدود شده است – تا حدی به این دلیل که مولکولهای CRISPR-Cas به سختی می‌توانند وارد سلول‌ها و هستههای حاوی DNA آنها شوند.
شلی ال برگر میگوید: « روشهای کنونی 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. همچنین این روش‌ها معمولاً بسیاری از سلول‌هایی را که روی آنها استفاده می‌شوند از بین می‌برند و حتی می‌توانند باعث تغییرات ناخواسته گسترده در فعالیت ژن شوند.»
در این مطالعه، محققان استفاده از قطعات کوچک پروتئین مشتق شده از ویروس، به نام پپتیدها را برای هدایت مولکولهای CRISPR-Cas از طریق غشای بیرونی سلولهای اولیه انسانی و به درون هسته آنها بررسی کردند. به طور قابل توجهی، محققان دریافتند که ترکیبی از دو پپتید اصلاح شده - یکی در HIV و دیگری در ویروس‌های آنفلوانزا - میتواند با مولکولهای CRISPR-Cas ترکیب شود تا آنها را (با بازدهی حداکثر ۱۰۰ درصد) به سلولهای اولیه انسانی یا موشی و هستههای آنها برساند و بسته به نوع سلول، تقریباً بدون سمیت یا تغییر در بیان ژن باشد.
این گروه تحقیقاتی روشی که اصطلاحا آن را PAGE (peptide-assisted genome editing) نامگذاری کرده اند، برای چندین نوع سلول درمانی از جمله درمان‌های سلولی با CAR T ارائه داده اند.
علاوه بر استفاده بالقوه آن در سلول درمانی و ژن درمانی، این محققان خاطرنشان میکنند که رویکرد PAGE میتواند کاربرد گستردهای در تحقیقات علمی پایه داشته باشد. ناکارآمدی روشهای استاندارد برای انتقال سلولی CRISPR-Cas به این معنی است که ویرایش ژن برای ایجاد مدل‌های موشی بیماریها معمولاً نیازمند یک فرآیند چند مرحله‌ای و زمان‌بر برای تولید موش‌های تراریخته است - تا ماشین‌های ویرایش ژن را به DNA آنها منتقل کند. در مقابل،PAGE با راندمان بالا و سمیت کم ممکن است ویرایش سریع، کارآمد و ساده ژن را در موش های آزمایشگاهی معمولی امکانپذیر کند.
نویسنده ارشد این پژوهش میگوید: «سادگی و قدرت مفهوم “به کمک پپتید”(peptide-assist) نشان می‌دهد که میتواند در آینده برای انتقال سایر پروتئین‌های ویرایش‌کننده ژنوم یا حتی داروهای مبتنی بر پروتئین به سلولهای اولیه به کار گرفته شود».
ارسال به دوستان