Naudodami sukurtą genų patikros metodą, Stanfordo medicinos tyrėjai galėjo išsiaiškinti, kodėl veiksminga chemoterapija pažeidžia širdies ląsteles, ir jie nustatė vaistą, galintį palaikyti širdies ląstelių plakimą.
Chemoterapija, doksorubicinas, naikina vėžines ląsteles, bet taip pat sukelia širdies ląstelių plakimą iš ritmo, netinkamai susitvarko arba miršta. Jei vaistas vartojamas didelėmis dozėmis arba ilgą laiką, jis gali sukelti širdies nepakankamumą ir apriboti jo vartojimą, nepaisant jo veiksmingumo gydant vėžį.
„Mes visada norėjome rasti būdą, kaip apsisaugoti nuo šio toksiškumo“, – sakė Joseph Wu, MD, Ph.D., širdies ir kraujagyslių medicinos profesorius ir Stanfordo širdies ir kraujagyslių instituto direktorius.
Wu ir Stanley Qi, mokslų daktaras, bioinžinerijos docentas ir Sarafan ChEM-H mokslininkas, sukūrė genetinės atrankos įrankį, kuris panaudoja CRISPR, genų redagavimo technologiją, kad atskleistų genus, kurie gali būti susiję su doksorubicino sukeltame procese. širdies pažeidimas. Ekrane buvo tiksliai nustatytas genas, kuris atrodė vienas iš pagrindinių transporto priemonių, per kurią doksorubicinas padarė žalą.
„Šis CRISPR ekranas yra tinkama priemonė vaistų atradimui”, – sakė Wu, Simonas H. Stertzeris, MD, profesorius. „Man tai yra pagrindinė tyrimo žinutė.”
Wu ir Qi dalijasi vyriausiąja straipsnio, paskelbto, autoryste Ląstelių kamieninė ląstelė lapkričio 7 d., aprašantis tyrimą. Chun Liu, Ph.D., Viskonsino medicinos koledžo docentas ir buvęs Stanfordo medicinos mokslų daktaras, ir Mengcheng Shen, mokslų daktaras, instituto tyrėjas ir instruktorius, yra pagrindiniai šio straipsnio autoriai.
Genetinė adata šieno kupetoje
Tyrėjai žinojo, kad doksorubicinas kenkė širdies ląstelėms, tačiau nežinojo, kurie genai buvo susiję su pažeidimu. Jie susiaurino savo paiešką iki 2300 genų, į kuriuos jau taikomi esami vaistai.
„Dažniausiai, kai atliekate narkotikų patikrą, žinote, kas yra tikslinis genas, ir tada atrenkate vaistus, kurie blokuoja tą geną“, – sakė Qi. Tačiau šiuo atveju Wu ir Qi nežinojo tikslinio geno, todėl naudojo naują genetinės patikros techniką, kad stebėtų doksorubicino poveikį širdies ląstelėms, gautoms iš indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių, kurios gali sukelti bet kurią ląstelę. kūnas.
Tyrėjai naudojo CRISPR, kad įjungtų arba išjungtų vieną iš 2300 genų širdies ląstelėse, kad kiekvienoje ląstelėje būtų pakeistas tik vienas genas. Tada jie apipylė tas ląsteles doksorubicinu ir pažymėjo, kurios išliko. Tada kilo klausimas, kodėl jie išgyveno? Norėdami tai išsiaiškinti, mokslininkai sekvenavo kiekvienos ląstelės DNR, ieškodami genetinių žymenų.
Jie nustatė, kad sveikiausiose ląstelėse po gydymo doksorubicinu trūko geno, vadinamo CA12, kuris katalizuoja reakcijas, susijusias su anglies dioksidu, kad palaikytų įvairias organizmo funkcijas, tokias kaip kvėpavimas ir seilių susidarymas.
Tyrėjai atliko daugiau genetinių testų, pašalindami CA12 iš širdies ląstelių ir patvirtindami jų įtarimą: ląstelės be CA12 priešinosi doksorubicino sukeltam toksiškumui. Išsami informacija apie tai, ką genas veikia gydymo doksorubicinu metu, dar nėra aiški, sakė Wu, tačiau jis tikisi tai išsiaiškinti.
Ieškant sprendimo
Kai Wu ir jo komanda nustatė CA12 kaip genetinį doksorubicino toksiškumo veiksnį, jie norėjo rasti būdą, kaip sustabdyti CA12 baltymą nuo žalos širdies ląstelėms. Jie pasirinko 40 vaistų, kurie slopina karboanhidrazės baltymus, tokius kaip CA12.
Jie davė vaistus kartu su doksorubicinu širdies ląstelių grupėms, kurios nebuvo genetiškai modifikuotos. Jie palygino grupių išgyvenamumą, kad nustatytų, kurios ląstelės išliko sveikiausios viso gydymo metu.
Vaistas, vadinamas indisulamu, šiuo metu tiriamas kaip galimas vėžio gydymo būdas, padėjo kardiomiocitams išgyventi dėl toksinio doksorubicino poveikio. Indisulamas apsaugojo širdies ląstelių gebėjimą atsipalaiduoti ir susitraukti bei padėjo palaikyti ląstelių procesus.
Kitas žingsnis buvo indisulamo tyrimas gyvame organizme. Jie gydė peles doksorubicinu, tada maitino vieną iš dviejų grupių indisulamu. Pelėms, kurioms buvo skirtas indisulamas kartu su doksorubicinu, sekėsi geriau, jų širdies veikla buvo stipresnė ir širdies atrofijos požymių buvo mažiau. Jų širdies ląstelės taip pat geriau išlaikė savo struktūrą.
Mokslininkai domisi, kaip indisulamas sustabdo CA12 aktyvumą, ir planuoja atlikti daugiau bandymų su kandidatu į vaistą, kad sumažintų doksorubicino toksiškumą. Jie taip pat tikisi ištirti, kaip keli genai sąveikauja pažeidžiant širdies ląsteles, o ne sutelkti dėmesį į vieno geno poveikį vienu metu.
Tyrėjai taip pat turi didelių tikslų savo naujai sukurtam CRISPR ekranui, tikėdamiesi pritaikyti technologiją ne tik nuo širdies ląstelių toksiškumo. „Tai principo įrodymas“, – sakė Wu. „Ateityje galėsite jį naudoti kitokio tipo toksiškumui ar ligoms gydyti. Manome, kad tai labai galingas įrankis.”