يمكن للجسيمات الجديدة الشبيهة بالفيروسات توصيل كريسبر إلى أي خلية في الجسم

العلاج الجيني يشبه إلى حد كبير الهبوط بمركبة على المريخ.

أستمع لي. الشحنة - العربة الجوالة أو أدوات تحرير الجينات - محشوة داخل سفينة حماية عالية التقنية ويتم إطلاقها في مساحة واسعة ومعقدة تستهدف وجهتها ، سواء أكان المريخ أو الأعضاء البشرية. يتم بعد ذلك إطلاق سراح الشحنة ، وعند الهبوط تبدأ عملها. إلى عن على مثابرة، للمساعدة في البحث عن علامات الحياة القديمة ؛ بالنسبة لمحرري الجينات ، فإن الأمر يتعلق بإعادة تصميم الحياة.

فرق حاسم واحد؟ على عكس مهمة المريخ "سبع دقائق من الرعب، "التي يحدث خلالها الدخول والنزول والهبوط بسرعة كبيرة بحيث يتعذر على العاملين البشريين التدخل فيها ، فإن تقديم العلاج الجيني يكون أعمى تمامًا. بمجرد دخول الجسم ، يعتمد تسلسل الرحلة بأكمله فقط على تصميم "سفينة الفضاء" الحاملة.

بعبارة أخرى ، لكي يعمل العلاج الجيني بكفاءة ، لا بد من وجود ناقلات أكثر ذكاءً.

هذا الشهر ، فريق في جامعة هارفارد بقيادة الدكتور ديفيد ليو أطلق جيلًا جديدًا من ناقلات الجزيئات المستوحاة من الفيروسات. يمكن لهذه الحاملات الشبيهة بالفقاعات ، التي يطلق عليها اسم الجسيمات الشبيهة بالفيروسات (eVLPs) ، أن تقدم كريسبر ومكونات التحرير الأساسية لعدد لا يحصى من الأعضاء مع الحد الأدنى من الآثار الجانبية.

بالمقارنة مع الأجيال السابقة ، فإن eVLPs الجديدة والمحسّنة أكثر كفاءة في الهبوط على الهدف ، وإطلاق حمولتها ، وتحرير الخلايا. كدليل على المفهوم ، استعاد النظام الرؤية في نموذج فأر للعمى الوراثي ، وعطل الجين المرتبط بمستويات الكوليسترول المرتفعة ، وأصلح الجين المعطل داخل الدماغ. الأمر الأكثر إثارة للإعجاب ، هو نظام التوصيل والتشغيل: من خلال تغيير مكون الاستهداف ، من الممكن نظريًا أن تهبط الفقاعات في أي مكان في الجسم. إنه مثل إعادة تنظيم مركبة فضائية تستهدف المريخ بسهولة لكوكب المشتري أو ما بعده.

"هناك حاجة ماسة إلى طريقة أفضل لإيصال البروتينات إلى الأنسجة المختلفة في الحيوانات والمرضى ،" محمد ليو. "نأمل أن تكون هذه eVLPs مفيدة ليس فقط في توصيل المحررين الأساسيين ، ولكن أيضًا للبروتينات العلاجية الأخرى ذات الصلة."

"بشكل عام ، طور ليو وزملاؤه تقدمًا جديدًا مثيرًا للتوصيل العلاجي لمحرري الجينات ،" محمد الدكتور Sekar Kathiresan ، الشريك المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Verve Therapeutics ، والذي لم يشارك في الدراسة.

مشكلة التوصيل

لدينا بالفعل عائلات من محرري الجينات الأكفاء. لكن الناقلات كانت تفتقر.

خذ التعديل الأساسي. متغير CRISPR ، أخذت هذه التقنية تحرير الجينات عن طريق العاصفة بسبب دقتها. على غرار كريسبر الأصلي ، تحتوي الأداة على مكونين: دليل RNA لتعقب الجين المستهدف وبروتين Cas معاد صياغته يستبدل الحروف الجينية الفردية. على عكس Cas9 ، "مقص" كريسبر ، فإن تحرير القاعدة لا يكسر العمود الفقري للحمض النووي ، مما يتسبب في أخطاء أقل. إنه "البحث والاستبدال" الجيني النهائي ، مع إمكانية علاج مئات الاضطرابات الوراثية.

المشكلة هي الحصول على الأدوات داخل الخلايا. حتى الآن ، كانت الفيروسات هي الحامل الأساسي ، نظرًا لقدرتها الكامنة على إصابة الخلايا. هنا ، يوقف العلماء قدرة الفيروس على التسبب في المرض ، وبدلاً من ذلك يختطفون بيولوجيته لنقل الحمض النووي الذي يشفر مكونات التعديل. بمجرد دخول الخلية ، يتم نسخ الشفرة الجينية المضافة إلى بروتينات ، مما يسمح للخلايا بصنع أدوات تحرير الجينات الخاصة بها.

إنه ليس الأمثل. يمكن للفيروسات ، على الرغم من فعاليتها ، أن تتسبب في زيادة سرعة الخلايا ، مما ينتج عنه أدوات تحرير جينية أكثر بكثير مما هو مطلوب. هذا يشدد على موارد الخلية ويؤدي إلى آثار جانبية. هناك أيضًا فرصة لأن تخترق الفيروسات الأنفاق وتندمج في الجينوم نفسه ، مما يضر بالسلامة الجينية ويحتمل أن يؤدي إلى الإصابة بالسرطان.

فلماذا لا تستفيد من أفضل سمات الفيروس وتتجاهل الأسوأ؟

أدخل eVLPs

إن eVLPs تشبه أسماءها: فهي تحاكي الجزيئات الفيروسية الفعالة في إصابة الخلايا ، لكنها تقطع الأجزاء الخطرة: الحمض النووي. تخيل وسادة دبوس متعددة الطبقات ، ولكن مع تجويف فارغ لحمل البضائع.

على عكس الفيروسات ، لا تحمل هذه الفقاعات أي حمض نووي فيروسي ولا يمكن أن تسبب العدوى ، مما يجعلها أكثر أمانًا من ناقلات الفيروسات. ما هو الجانب السلبي؟ إنها تقليديا فظيعة في نقل البضائع إلى أهدافها. إنها تشبه مركبة فضائية ذات آلية توجيه مروعة تصطدم بكواكب أخرى وتتسبب في موجة غير متوقعة من الكوارث. كما أنهم ليسوا جيدين في إطلاق الشحنة حتى في الموقع المستهدف ، حيث يحاصرون ماكينات CRISPR بالداخل ويجعلون الإصلاح الجيني بأكمله موضع نقاش.

في الدراسة الجديدة ، بدأ فريق ليو بتحليل نقاط الألم هذه. من خلال الحد من البروتينات داخل eVLPs التي تعمل بمثابة "أحزمة أمان" للناقل ، وجدوا أنه من الأسهل على الشحنة - بروتينات التحرير الأساسية - إطلاقها. كما أحدثت طريقة تعبئة الحمولة داخل فقاعات الجسيمات فرقًا أيضًا. يبدو أن التوازن بين الحزامين - حزام الأمان للركاب البروتيني - هو المفتاح لحماية الحمولة ولكن السماح لهم بالكفالة بسرعة عند الحاجة. وأخيرًا ، فإن تنقيط الغلاف الخارجي لسفينة الفضاء ببروتينات معينة يساعد سفينة الفضاء على الإبحار نحو العضو المحدد لها.

بعبارة أخرى ، توصل الفريق إلى قواعد اللعبة. قال ليو: "الآن بعد أن عرفنا بعض الاختناقات الرئيسية لـ eVLP وكيف يمكننا معالجتها ، حتى لو اضطررنا إلى تطوير eVLP جديد لنوع غير عادي من شحنة البروتين ، فمن المحتمل أن نتمكن من القيام بذلك بشكل أكثر كفاءة".

والنتيجة هي أنه يمكن للناقل أن يحزم 16 مرة أكثر من البضائع وما يصل إلى 26 ضعفًا في فعالية تحرير الجينات. قال المؤلفان إنها حاملة طائرات من "الجيل الرابع".

الإبحار في الفضاء الحيوي

بعد اختبار سفينة الفضاء الجزيئية الجديدة لأول مرة في الخلايا المستنبتة في المختبر ، انتقل الفريق إلى علاج الاضطرابات الوراثية. لقد استهدفوا ثلاثة "كواكب" بيولوجية مختلفة - العين والكبد والدماغ - مما أظهر مرونة الناقل الجديد.

في الفئران المصابة بشكل وراثي من العمى ، على سبيل المثال ، تم تحميل الناقل بأدوات تحرير الجينات المناسبة وحقنه في طبقة من الأنسجة داخل العين. في غضون خمسة أسابيع فقط ، أعادت الحقنة الواحدة تشغيل وظيفة الشبكية إلى درجة يمكن - بناءً على دراسات سابقة من نفس المعمل - استعادة قدرة الفئران على الرؤية.

في دراسة أخرى ، ركز الفريق على الجين الذي يؤدي غالبًا إلى اضطرابات الدماغ. بسبب وجود حاجز قوي بين الدماغ والدم والأنسجة الأخرى ، يعد الدماغ عضوًا يصعب الوصول إليه. مع سفينة الفضاء الجديدة eVLP ، أبحر محررو الجينات بسلاسة عبر الحاجز. وبمجرد دخولها إلى خلايا الدماغ ، كان لدى الأدوات فرصة بنسبة 50٪ تقريبًا لتحويل الجينات التالفة.

كدليل إضافي على المفهوم ، شحذ الناقلون الجدد كبد الفئران التي تعاني من مشاكل الكوليسترول. عززت حقنة واحدة من قدرة الفئران على إنتاج جزيء وقائي يحبط أمراض القلب.

أفضل من آسف

لطالما كان التحرير الجيني مسكونًا بشبح التأثيرات غير المستهدفة. على سبيل المثال ، يؤدي استخدام الفيروسات لتوصيل الأدوات إلى هذه المخاطر لأنها تدوم لفترة طويلة ، ومن المحتمل أن تتسبب في إرباك الخلايا.

ليس الأمر كذلك بالنسبة لـ eVLPs الجديدة. نظرًا لأنها مصممة بالكامل ، فإنها لا تحمل أي حمض نووي فيروسي وتكون أكثر أمانًا. كما أنها قابلة للبرمجة بدرجة كبيرة - فقط بضع تغييرات على البروتينات المستهدفة يمكن أن تحولها نحو موقع إرساء آخر في الجسم.

بالنسبة للخطوة التالية ، يعمل الفريق على هندسة بروتينات "حزام الأمان" بشكل أفضل داخل الناقلات لجزيئات مختلفة - إما محررات جينية أو بروتينات علاجية مثل الأنسولين أو العلاجات المناعية للسرطان. كما أنهم يقومون أيضًا بتفكيك ما يجعل eVLPs علامة ، مستهدفين الجيل التالي من شركات النقل التي يمكنها استكشاف كل زاوية وركن في الكون المعقد لأجسامنا.

الصورة الائتمان:  نبلاء / Shutterstock.com

المصدر: https://singularityhub.com/2022/01/18/new-ultra-efficient-engineered-carriers-could-overhaul-genetic-therapies/