جراحان مولکولی برای بیماری هانتینگتون با پیشرفت‌های CRISPR با یک RIDE همراه می‌شوند

تصور کنید یک جراح ریز و میکروسکوپی در بدن حرکت می‌کند و تعمیرات ژنتیکی دقیقی را دقیقاً در جایی که مورد نیاز است انجام می‌دهد. این چشم‌انداز پشت یک سیستم تحویل ویرایش ژن جدید و پیشگامانه به نام RIDE است—Ribonucleoprotein Delivery—که اخیراً در Nature Nanotechnology به نمایش درآمده است. این سیستم یک راه جدید برای ارائه CRISPR، یک ابزار قدرتمند ویرایش ژن، به سلول‌های خاص در بدن ارائه می‌دهد. محققان RIDE را در موش‌ها و میمون‌ها آزمایش کرده‌اند و نتایج امیدوارکننده‌ای برای بیماری‌هایی مانند بیماری هانتینگتون (HD) به دست آورده‌اند. بیایید به این موضوع بپردازیم که چگونه این سیستم نوآورانه می‌تواند آینده درمان‌های HD را شکل دهد.

چالش‌های CRISPR

CRISPR روشی را که دانشمندان به بیماری‌های ژنتیکی نزدیک می‌شوند، متحول کرده است و به عنوان یک ابزار مولکولی «جستجو و جایگزینی» برای DNA عمل می‌کند. برای HD، جایی که یک تکرار CAG گسترش یافته در ژن هانتینگتین (HTT) منجر به تجزیه سلول‌های مغزی می‌شود، CRISPR به طور بالقوه می‌تواند ژن معیوب را اصلاح یا خاموش کند. با این حال، چندین چالش کلیدی مانع شده‌اند:

• اثرات خارج از هدف – CRISPR باید بسیار دقیق باشد تا از ویرایش‌های تصادفی در قسمت‌های ناخواسته کد ژنتیکی جلوگیری شود.

• پاسخ سیستم ایمنی – بدن ممکن است اجزای CRISPR را به عنوان مهاجمان خارجی تشخیص دهد و به آنها حمله کند.

• تحویل هدفمند – این درمان باید به سلول‌های مناسب در مغز برسد، به طور خاص سلول‌های عصبی در مرکز مغز که بیشتر در HD تحت تأثیر قرار می‌گیرند، بدون تأثیر بر سایر بافت‌ها.

هدف RIDE غلبه بر این موانع با بسته‌بندی CRISPR در ذرات مهندسی‌شده است که سیستم‌های ناوبری خاص مغز به آنها داده شده است که به آنها اجازه می‌دهد به انواع سلول‌های خاص بروند.

RIDE چگونه کار می‌کند

RIDE، CRISPR را به شکل ریبونوکلئوپروتئین‌ها ارائه می‌کند، که کمپلکس‌های از پیش ساخته شده از آنزیم ویرایش و RNA راهنما هستند—این را مانند سیستم ناوبری ژنتیکی در نظر بگیرید که RIDE را دقیقاً به کجا هدایت می‌کند. این کمپلکس در داخل یک ذره شبه ویروسی بسته‌بندی می‌شود، که به عنوان یک ماشین محافظ عمل می‌کند. این ذرات را می‌توان با برچسب‌های مولکولی مهندسی کرد، شبیه به قرار دادن یک آدرس خیابان دقیق در سیستم ناوبری ماشین خود، به طوری که سلول‌های خاص را هدف قرار دهند و از تحویل دقیق اطمینان حاصل کنند.

نوآوری کلیدی RIDE در توانایی آن برای سفارشی‌سازی برای انواع سلول‌های مختلف نهفته است. دانشمندان با اصلاح پوسته بیرونی این نانوذرات با برچسب‌های مولکولی خاص، می‌توانند آنها را به سمت سلول‌های مورد نظر هدایت کنند و اطمینان حاصل کنند که ماشین‌آلات CRISPR به اهداف صحیح می‌رسند. این یک جهش بزرگ رو به جلو برای ویرایش ژن مبتنی بر CRISPR است.

برای تجسم این فرآیند، یک بسته در حال تحویل را تصور کنید. رویکردهای فعلی CRISPR می‌توانند تحویل‌ها را به محله مناسب انجام دهند، اما RIDE یک سرویس درب به درب است که بسته را در آدرس دقیق رها می‌کند. سفارشی‌سازی RIDE به ماشین‌آلات CRISPR اجازه می‌دهد تا دقیقاً به جایی که مورد نیاز است ارسال شوند، اثرات خارج از هدف را کاهش داده و کارایی را بهبود بخشد.

آزمایش RIDE برای HD

محققان RIDE را در موش‌هایی که HD را مدل‌سازی می‌کنند، آزمایش کردند و بر نورون‌های استریاتوم تمرکز کردند—منطقه مرکزی مغز که بیشتر تحت تأثیر HD قرار می‌گیرد. هدف خاموش کردن یا ویرایش ژن HTT جهش یافته بود که باعث می‌شود HD پیشرفت بیماری را کند یا متوقف کند.

نتایج چشمگیر بود: موش‌های تحت درمان در مقایسه با موش‌های HD درمان نشده، کاهش سطح پروتئین HTT و بهبود رفتار را نشان دادند، مانند کنترل حرکت آنها در مسیرهای مانع. نکته مهم این است که راندمان ویرایش بسیار بالاتر از چیزی بود که با سایر روش‌های تحویل که سیستم ناوبری سلولی ندارند به دست آمده است، و علائم کمتری از تغییرات ژنتیکی ناخواسته یا پاسخ‌های ایمنی وجود داشت.

یکی دیگر از جنبه‌های امیدوارکننده RIDE، پتانسیل آن برای ارائه اثرات طولانی مدت است. تمام نتایج در این موش‌ها تنها با یک تزریق RIDE به دست آمد. آنها نیازی به تجویز مداوم درمان نداشتند. آنها موش‌ها را برای بیش از 110 روز (که زمان بسیار طولانی در طول عمر یک موش است!) تحت نظر داشتند و پیشرفت‌ها همچنان ادامه داشت.

یکی از اجزای ایمنی مهم سیستم RIDE این است که ابزارهای ویرایش ژن به صورت یک کمپلکس مونتاژ شده و نه به عنوان ماده ژنتیکی ارائه می‌شوند. این بدان معناست که فقط برای مدت کوتاهی وجود دارد، به اندازه کافی طولانی است تا کار خود را انجام دهد، قبل از اینکه به سرعت توسط فرآیندهای طبیعی سلول تخریب شود—یک جهش بزرگ دیگر رو به جلو برای این رویکرد ویرایش ژن مبتنی بر CRISPR. این خطر اثرات مداوم خارج از هدف را که می‌تواند از فعالیت طولانی مدت CRISPR ناشی شود، کاهش می‌دهد.

فراتر از موش‌ها

برای ارزیابی واقعی پتانسیل RIDE برای درمان HD در انسان، محققان باید فراتر از موش‌ها حرکت می‌کردند. اینجاست که مطالعات میمون وارد می‌شوند. این مطالعات به درک بهتر نحوه رفتار RIDE در سیستمی که ارتباط نزدیک‌تری با انسان دارد کمک می‌کند.

با توجه به اینکه این درمان شامل تزریق چیزی به طور مستقیم به مغز است، ایمنی در اولویت قرار داشت. آنها از اسکن MRI برای جستجوی هرگونه علائم آسیب مغزی پس از تزریق RIDE استفاده کردند و هیچ چیزی پیدا نکردند. آنها نمونه‌های بافت مغز را تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که RIDE در واقع قادر به کاهش سطح پروتئین HD غیر گسترش یافته در مناطق هدف است. بنابراین آنها نتایج ثابتی را در موش‌ها و میمون‌ها مشاهده می‌کنند که نشانه خوبی است.

محققان همچنین یک قدم فراتر رفتند تا تأیید کنند که RIDE می‌تواند در سلول‌های انسانی کار کند. برای انجام این کار، آنها از سلول‌های بنیادی استفاده کردند که آنها را به نورون تبدیل کردند. این مطالعات بسیاری از جعبه‌هایی را که نشان می‌داد این فناوری کار می‌کند بررسی کردند: آنها توانستند ژن HD را هدف قرار داده و ویرایش کنند و اثرات خارج از هدف به طرز شگفت‌آوری حداقل بود. بنابراین آنها چراغ سبز را برای RIDE در یک مدل مبتنی بر انسان نیز دریافت کردند.

این برای خانواده‌های HD چه معنایی دارد

در حالی که این نتایج امیدوارکننده هستند، RIDE هنوز در مراحل اولیه توسعه است. مطالعات بیشتر در حیوانات بزرگتر و در نهایت آزمایشات انسانی ضروری خواهد بود قبل از اینکه این رویکرد برای استفاده بالینی در نظر گرفته شود.

با این حال، این مطالعه یک گام بزرگ رو به جلو در زمینه ژن درمانی است. این نشان می‌دهد که RIDE این پتانسیل را دارد که یک روش ایمن، مؤثر و بسیار هدفمند برای ارائه داروهای مبتنی بر CRISPR باشد. و محققان در حال حاضر در حال بررسی راه‌هایی برای گسترش قابلیت‌های RIDE، از جمله پتانسیل استفاده از تحویل سیستمیک هستند.

تحویل سیستمیک می‌تواند به این معنی باشد که دانشمندان می‌توانند RIDE را به جریان خون تزریق کنند و آن را به سلول‌های داخل مغز برسانند. این فوق‌العاده خواهد بود و یک تغییر دهنده بازی برای HD و بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی دیگر. پیشرفت‌های تحقیقاتی در مورد CRISPR به سرعت در حال حرکت است—این فناوری این پتانسیل را دارد که چشم‌انداز پزشکی را همانطور که می‌دانیم تغییر دهد.

نگاهی به آینده

RIDE نشان دهنده یک گام هیجان انگیز رو به جلو در جستجوی درمان‌های مؤثر HD است. دانشمندان با ترکیب دقت CRISPR با یک سیستم تحویل پیشرفته که انواع سلول‌های خاص را هدف قرار می‌دهد و پس از ویرایش خاموش می‌شود، به ساخت درمان‌های ژنتیکی برای HD نزدیک‌تر می‌شوند. و این تیم تنها کسی نیست که روی این نوع رویکرد کار می‌کند.

در حالی که هنوز در مراحل اولیه این تحقیق هستیم، این پیشرفت امید جدیدی را برای جامعه HD به ارمغان می‌آورد. این مطالعه نگاهی اجمالی به آینده‌ای ارائه می‌دهد که در آن ممکن است بتوانیم بیماری‌های ژنتیکی مانند HD را با دقت و اثربخشی بی‌سابقه‌ای درمان کنیم. برای دریافت به‌روزرسانی‌های بیشتر در مورد چگونگی تکامل فناوری‌های ویرایش ژن مانند RIDE و پیشبرد مرزهای آنچه در تحقیقات HD ممکن است، با ما همراه باشید.

بیشتر بدانید

• مقاله تحقیقاتی اصلی، «ذرات شبه ویروسی قابل تنظیم، ریبونوکلئوپروتئین CRISPR-Cas9 را برای ژن‌درمانی مؤثر نئوواسکولار چشمی و بیماری هانتینگتون ارائه می‌کنند». (دسترسی آزاد)