Genų redagavimo terapijos – metodai, modifikuojantys DNR, kad būtų galima gydyti ar užkirsti kelią ligoms – gali pakeisti vaistų kūrimo sritį. Tiksliai pakoregavus genomą, probleminiai genai gali būti modifikuoti arba pašalinti, o tai yra ilgalaikis gydymas genetiniams sutrikimams, kurie šiuo metu nėra gydomi.
Šiuo metu yra nedaug genų redagavimo terapijų. Praėjusiais metais FDA patvirtino genų redagavimo terapiją, skirtą pjautuvinių ląstelių ligai gydyti, o tai yra pagrindinis gydymo būdas, kai naudojamas CRISPR modifikuoti kraujo kamienines ląsteles. Tačiau, kaip ir daugeliui eksperimentinių genų redagavimo procedūrų, šiai terapijai reikalinga kamieninių ląstelių transplantacija – brangi ir daug laiko reikalaujanti procedūra, kurios metu iš paciento pašalinamos kamieninės ląstelės, jos modifikuojamos siekiant ištaisyti ligą sukėlusius defektus ir vėl grąžinamos pacientui.
Radus būdą modifikuoti paciento kamienines ląsteles in vivo – nepašalinant jų iš organizmo – gali būti padaryta revoliucija genomo redagavimo srityje.
UT Southwestern mokslininkai stengiasi iškelti in vivo genų redagavimą į pirmą planą. Racionaliai konstruodama lipidų nanodaleles, ši bendradarbiaujanti komanda sukūrė būdą, kaip veiksmingai nukreipti konkrečius kūno organus, kad būtų galima tiksliai pristatyti gydomąjį krovinį, įskaitant genų redagavimo molekules.
Jų tyrimai parodė, kad vienkartinis gydymas jų nanodalelėmis lėmė patvarų genų redagavimą pelių plaučiuose beveik dvejus metus. Be to, jų technika pasirodė esąs žadanti koreguoti šiuo metu negydomos cistinės fibrozės formos mutaciją keliuose ligos modeliuose. Tyrimas buvo paskelbtas m Mokslas.
„Yra tikras noras įsivaizduoti vienkartinę vaisto injekciją, kuri galėtų ištaisyti mutacijas, kurios sukelia ir skatina ligas“, – sakė vyresnysis tyrimo autorius Danielis Siegwartas, mokslų daktaras, UT Pietvakarių medicinos centro profesorius. „Mūsų ikiklinikinė platforma iliustruoja galimą metodą, leidžiantį pasiekti ilgalaikį genų redagavimą plaučiuose, o tai yra naujas gydymo metodas įvairioms genetinėms kvėpavimo ligoms.”
Išrūšiuojama
Lipidų nanodalelės, populiarus vaistų pristatymo būdas dėl mRNR COVID-19 vakcinų sėkmės, paprastai susideda iš keturių skirtingų lipidų (riebalų), kurie gaubia jų gydomąjį krovinį. Nors šios tradicinės lipidų nanodalelės yra veiksmingos pernešdamos ir apsaugodamos jų naudingąją apkrovą, suleidžiamos į pacientą, jos kaupiasi viename konkrečiame organe: kepenyse.
„Tradicinės lipidų nanodalelės yra labai panašios į mažo tankio lipoproteinus (MTL) pagal savo dydį ir cheminę sudėtį“, – paaiškino Siegwart. „MTL dalelės natūraliai keliauja į kepenis, kad jas suskaidytų, todėl prasminga, kad ten kaupiasi ir lipidų nanodalelės.
Siegwart ir jo kolegos anksčiau sukūrė naują dalelių klasę, vadinamą selektyvaus organų nukreipimo (SORT) nanodalelėmis, kad būtų galima patekti į kitus audinius, išskyrus kepenis. Be keturių įprastų lipidų, randamų tradicinėse lipidų nanodalelėse, SORT nanodalelėse yra penktasis lipidas, kuris nukreipia daleles į konkretų organą.
Šis penktasis lipidas turi įtakos nanodalelių fizikinėms ir cheminėms savybėms ir į jos paviršių pritraukia skirtingus plazmos baltymus – du faktoriai, turintys įtakos įvairių tipų audinių įsisavinimui organizme.
„Mes žinojome, kad turime pažeisti tradicinių lipidų nanodalelių formulių taisykles, kad būtų nukreiptos į kitus audinius nei kepenys”, – sakė Siegwartas. „Naudodami SORT parodėme, kad nanodaleles galime nukreipti būtent į pelių kepenis, blužnį ir plaučius. Ar šis metodas gali sukelti patvarų, specifinių audinių genų redagavimą, liko atviras klausimas.”
Ilgalaikis plaučių redagavimas
Lipidų nanodalelių patekimas į reikiamą organą yra svarbus pirmasis žingsnis. Tačiau norint veiksmingai redaguoti genus, taip pat svarbu nukreipti tinkamą ląstelių tipą – konkrečiai į kamienines ir pirmtakes arba ląsteles, kurios gali tapti skirtingų tipų ląstelėmis.
„Apskaičiuota, kad graužikų plaučiuose esančios ląstelės apsiverčia ir atsinaujina maždaug kas kelis mėnesius“, – sakė Siegwartas. „Jei pasieksite genomo korekciją brandžiose ląstelėse, poveikis bus laikinas: kai tik gims naujos ląstelės, jos nebeturės tų koreguotų įvykių ir vėl bus gaminami netinkamai funkcionuojantys genai.
Kad suprastų, ar jų SORT nanodalelės gali pasiekti ilgalaikį genomo redagavimą plaučiuose, Siegwart ir jo kolegos panaudojo genetiškai modifikuotą pelę, kuri gali pagaminti raudonai fluorescencinį baltymą, bet tik tuo atveju, jei jos genomas yra redaguojamas tam tikru būdu.
„Tai gražus modelis, nes leidžia kiekybiškai įvertinti, kuriuos konkrečius ląstelių tipus redagavo nanodalelės, ir galime lengvai įsivaizduoti, kur šios nanodalelės yra veiksmingos“, – sakė jis.
Tyrėjai pelėms skyrė SORT nanodaleles, užpildytas genų redagavimo molekulėmis, o po to įvertino plaučių audinius dešimčia skirtingų laiko taškų, nuo dviejų dienų iki 22 mėnesių po injekcijų. Jie nustatė, kad raudona fluorescencija tolygiai pasklido plaučiuose kiekvienu laiko momentu.
Be to, specifinės ląstelės analizės atskleidė, kad genomo redagavimas buvo pasiektas kelių skirtingų tipų ląstelėse ir kad redagavimas buvo tęsiamas viso tyrimo metu, beveik dvejus metus po apdorojimo nanodalelėmis.
„Kai mes stebėjome gyvūnus laikui bėgant, mes nustatėme, kad šie genomo redagavimo įvykiai buvo visiškai patvarūs, o beveik po dvejų metų gyvūnai buvo redaguoti taip pat, kaip ir antrą dieną”, – sakė Siegwartas. „Tai rodo, kad nanodalelės gali sėkmingai redaguoti kamieninių ir progenitorinių ląstelių populiacijas, kurios laikui bėgant diferencijuojasi į sveikas, redaguotas ląsteles.”
Cistinės fibrozės modelių įvertinimas
Siegwartas ir jo kolegos atkreipė dėmesį į genetinę plaučių ligą – cistinę fibrozę.
Siegwartas paaiškino, kad cistinę fibrozę sukelia mutacijos chlorido pompoje – baltyme, galinčiame reguliuoti druskos koncentraciją ląstelės viduje ir išorėje.
„Kai šis baltymas sutrinka, sutrinka druskų pusiausvyra, todėl plaučiuose kaupiasi tirštos ir lipnios gleivės. Tai gali sukelti daugybę įvairių kvėpavimo takų ligų, infekcijų ir ilgainiui nuolatinių plaučių pažeidimų, dėl kurių gali prireikti persodinti plaučius“.
Maždaug 90 procentų pacientų, sergančių cistine fibroze, gali būti gydomi proveržio vaistais, kurie padeda šiai chlorido pompai veikti efektyviau. Tačiau kai kurių pacientų genome yra mutacijų, dėl kurių susidaro sutrumpinta, nefunkcinė šio baltymo forma – arba baltymas iš viso nėra gaminamas. Šie pacientai šiuo metu neturi patvirtintų gydymo galimybių.
Šiame fone Siegwartas ir kolegos sutelkė dėmesį į vieną iš šių „nepakeliamų“ cistinės fibrozės mutacijų. Jie užpildė savo plaučių SORT nanodaleles genų redaktoriumi, kuris ištaiso mutaciją, paversdamas sutrumpintą chlorido siurblį į normalią baltymo versiją. Tada jie įvertino, kaip gerai jų sistema veikia cistinės fibrozės modeliuose.
Eksperimentuose su pacientų gautomis cistinės fibrozės plaučių ląstelėmis mokslininkai nustatė, kad plaučių SORT gali ištaisyti sugedusį geną ir efektyviai atstatyti chlorido siurblio funkciją daugiau nei 50%. Be to, pelės modelyje, turinčiame šią nepakartojamą žmogaus cistinės fibrozės mutaciją, mokslininkai nustatė, kad plaučių SORT gali pasiekti genų korekciją beveik 50% plaučių kamieninių ląstelių.
„Mūsų ankstyvieji rezultatai rodo, kad šis metodas kada nors galėtų ištaisyti neveikiančius baltymus plaučiuose, o tai visiškai pakeistų kasdienį cistine fibroze sergančių pacientų gyvenimą“, – sakė Siegwartas.
Jermont Chen, Ph.D., NIBIB Atradimų mokslo ir technologijų skyriaus programos direktorius, sutiko. „Sumaniai modifikavusi standartines lipidų nanodaleles, ši komanda padėjo pagrindus in vivo genų redagavimo platformai plaučiuose, kuri gali būti paversta kituose audiniuose.
„Nors ateityje reikės dirbti su atitinkamais gyvūnų modeliais, kad šis metodas būtų įvertintas žmonėms, čia aprašytas metodas gali sukelti ilgalaikį pacientų, turinčių genetinių sutrikimų, gydymą.”
Teikia Nacionalinis biomedicininio vaizdo gavimo ir bioinžinerijos institutas