โปรเจ็กต์ตัดต่อยีนใหม่ขนาดมหึมาเพื่อขจัดโรคอัลไซเมอร์

เมื่อพูดถึงโรคอัลไซเมอร์กับวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์อยู่ในด้านที่พ่ายแพ้

อัลไซเมอร์นั้นโหดร้ายในทางที่ร้ายกาจที่สุด ความผิดปกตินี้คืบคลานเข้ามาในสมองที่แก่ชรา ค่อยๆ กลืนกินความสามารถในการคิดและการใช้เหตุผลของพวกมัน ลดความหยั่งรู้ในความทรงจำและความเป็นจริง ในขณะที่ประชากรโลกมีอายุมากขึ้น โรคอัลไซเมอร์ก็กำลังเลี้ยงดูสมองที่น่าเกลียดในอัตราที่น่าตกใจ และแม้จะมีการวิจัยหลายทศวรรษ เราก็ไม่มีการรักษา—ไม่ต้องพูดถึงวิธีรักษา

ดาวน์เนอร์มากเกินไป? สถาบันสุขภาพแห่งชาติ (NIH) เห็นด้วย ใน หนึ่งในโครงการที่ทะเยอทะยานที่สุด ในทางชีววิทยา NIH กำลังรวบรวมนักวิจัยอัลไซเมอร์และสเต็มเซลล์มารวมกันใน โครงการแก้ไขจีโนมที่ใหญ่ที่สุด เคยตั้งครรภ์

แนวคิดนี้เรียบง่าย: การวิจัยหลายทศวรรษได้ค้นพบยีนบางอย่างที่ดูเหมือนจะเพิ่มโอกาสของโรคอัลไซเมอร์และภาวะสมองเสื่อมอื่นๆ ตัวเลขมีมากกว่าร้อย การค้นหาว่าแต่ละส่วนเชื่อมต่อหรือมีอิทธิพลต่อผู้อื่นอย่างไร—หากเป็นเช่นนั้น—ต้องใช้เวลาหลายปีในการค้นคว้าในห้องแล็บแต่ละแห่ง จะเกิดอะไรขึ้นหากนักวิทยาศาสตร์รวมตัวกัน ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่ใช้ร่วมกัน และแก้ปัญหาร่วมกันว่าทำไมโรคอัลไซเมอร์จึงเกิดขึ้นตั้งแต่แรก

อาวุธลับของโครงการนี้คือการกระตุ้นเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent หรือ iPSCs เช่นเดียวกับสเต็มเซลล์ส่วนใหญ่ พวกมันสามารถแปลงร่างเป็นอะไรก็ได้—เป็น Genie ระดับเซลล์ ถ้าคุณต้องการ iPSC เกิดใหม่จากเซลล์ผู้ใหญ่ปกติ เช่น เซลล์ผิวหนัง อย่างไรก็ตาม เมื่อเปลี่ยนเป็นเซลล์สมอง เซลล์เหล่านี้จะมียีนดั้งเดิมของผู้บริจาค ซึ่งหมายความว่ายีนเหล่านี้เก็บสะสมมรดกทางพันธุกรรมของบุคคลเดิมไว้ เช่น โอกาสในการพัฒนาของโรคอัลไซเมอร์ตั้งแต่แรก จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราแนะนำยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์เข้าไปในเซลล์ต้นกำเนิดที่เกิดใหม่เหล่านี้ และดูว่าพวกมันมีพฤติกรรมอย่างไร

โดยการศึกษา iPSC เหล่านี้ เราอาจสามารถติดตามเบาะแสที่นำไปสู่สาเหตุทางพันธุกรรมของ อัลไซเม และโรคสมองเสื่อมอื่นๆ ปูถนนสำหรับยีนบำบัดเพื่อบีบมันในตา

iPSC Neurodegenerative Disease Initiative (iNDI) ถูกกำหนดให้ทำเช่นนั้น โครงการนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อ "กระตุ้น เร่งรัด และสนับสนุนการวิจัยที่จะนำไปสู่การพัฒนาการรักษาและป้องกันโรคที่ดีขึ้น" NIH กล่าวว่า. ชุดข้อมูลผลลัพธ์ทั้งหมดจะถูกแชร์อย่างเปิดเผยทางออนไลน์ สำหรับทุกคนในการขุดและตีความ

ในภาษาธรรมดา? มาโยนซุปเปอร์สตาร์เทคโนโลยีชีวภาพใหม่ของเรากันเถอะ—กับ CRISPR ในระดับแนวหน้า—ในความพยายามร่วมกันเพื่อต่อต้านโรคอัลไซเมอร์ เพื่อให้ได้มาซึ่งความได้เปรียบในท้ายที่สุด มันเป็นช่วงเวลา “เวนเจอร์ส รวมตัว” ต่อหนึ่งในศัตรูที่แข็งแกร่งที่สุดของเรา—ผู้ที่พยายามทำลายจิตใจของเราจากภายใน

ศัตรูเงียบ

โรคอัลไซเมอร์เป็นที่รู้จักครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1900 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาสาเหตุที่ทำให้สมองเสียไป

แนวคิดที่โดดเด่นที่สุดในปัจจุบันคือสมมติฐานเกี่ยวกับแอมีลอยด์ ลองนึกภาพหนังสยองขวัญในบ้านผีสิงที่มีผีสิงที่ค่อยๆ ทวีความรุนแรงขึ้นในความหลอนของพวกเขา นั่นคือความน่ากลัวของอะไมลอยด์ ซึ่งเป็นโปรตีนที่ค่อยๆ ก่อตัวขึ้นภายในเซลล์ประสาท "บ้าน" ทีละน้อยแต่ค่อยๆ สลายไปจากการทำงานปกติของมัน และนำไปสู่ความตายของทุกสิ่งที่อยู่ภายใน การศึกษาในภายหลังยังพบโปรตีนที่เป็นพิษอื่น ๆ ที่เกาะอยู่นอก "บ้าน" ของเซลล์ประสาทซึ่งจะค่อยๆ เป็นพิษต่อผู้เช่าระดับโมเลกุลภายใน

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ได้คิดว่าวิธีที่ดีที่สุดในการเอาชนะผีเหล่านี้คือ "การไล่ผี" นั่นคือการกำจัดโปรตีนที่เป็นพิษเหล่านี้ แต่ในการพิจารณาคดีภายหลังการพิจารณาคดี พวกเขาล้มเหลว อัตราความล้มเหลวในการรักษาโรคอัลไซเมอร์ จนถึงตอนนี้คือ 100 เปอร์เซ็นต์ ทำให้บางคนเรียกความพยายามในการรักษาว่า "สุสานแห่งความฝัน"

เห็นได้ชัดว่าเราต้องการแนวคิดใหม่

ป้อน CRISPR

ไม่กี่ปีที่ผ่านมา ฮ็อตช็อตสองคนเดินเข้าไปในเมือง หนึ่งคือ CRISPR ซึ่งเป็นนักแม่นปืนที่สืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษที่สามารถตัดผ่าน แทรก หรือสลับยีนหนึ่งหรือสองยีน (หรือมากกว่านั้น) อีกวิธีหนึ่งคือ iPSCs ซึ่งกระตุ้นเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ซึ่ง "เกิดใหม่" จากเซลล์ของตัวเต็มวัยผ่านการอาบน้ำด้วยสารเคมี

ทั้งสองสามารถเลียนแบบ Dementia 2.0 ในจานได้

ตัวอย่างเช่น การใช้ CRISPR นักวิทยาศาสตร์สามารถแทรกยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์หรือการป้องกันลงใน iPSC ได้อย่างง่ายดาย ไม่ว่าจะมาจากผู้บริจาคที่มีสุขภาพดี หรือผู้ที่มีความเสี่ยงสูงที่จะเป็นโรคสมองเสื่อม และสังเกตสิ่งที่เกิดขึ้น เซลล์สมองเปรียบเสมือนเขตมหานครที่ส่งเสียงอึกทึก โดยมีโปรตีนและโมเลกุลอื่นๆ หมุนวนไปมา ตัวอย่างเช่น การเพิ่มปริมาณของยีนโปร-อัลไซเมอร์ อาจปิดกั้นการจราจรด้วยขยะ นำนักวิทยาศาสตร์ไปค้นหาว่ายีนเหล่านั้นเข้ากับภาพอัลไซเมอร์ที่ใหญ่ขึ้นได้อย่างไร สำหรับผู้ชื่นชอบภาพยนตร์ มันเหมือนกับการเพิ่มยีนให้กับ Godzilla และอีกยีนสำหรับ King Kong คุณรู้ว่าทั้งสองอย่างอาจทำให้สิ่งต่างๆ ยุ่งเหยิงได้ แต่การดูสิ่งที่เกิดขึ้นในห้องขังเท่านั้นที่คุณจะรู้ได้อย่างแน่นอน

ห้องปฏิบัติการแต่ละแห่งได้ลองใช้แนวทางดังกล่าวตั้งแต่มีการประดิษฐ์ iPSC แต่มีปัญหา เนื่องจาก iPSC สืบทอด "พื้นฐาน" ทางพันธุกรรมของบุคคล นักวิทยาศาสตร์ในห้องแล็บต่างๆ จึงยากสำหรับการประเมินว่ายีนก่อให้เกิดโรคอัลไซเมอร์ หรือเป็นเพียงความบังเอิญเนื่องจากองค์ประกอบทางพันธุกรรมของผู้บริจาค

แผน iNDI ใหม่ดูเหมือนจะสร้างมาตรฐานให้กับทุกสิ่ง การใช้ CRISPR จะเพิ่มยีนมากกว่า 100 ยีนที่เชื่อมโยงกับโรคอัลไซเมอร์และภาวะสมองเสื่อมที่เกี่ยวข้องลงใน iPSC จากผู้บริจาคที่มีสุขภาพดีหลากหลายเชื้อชาติ ผลที่ได้คือโครงการวิศวกรรมจีโนมขนาดใหญ่ ซึ่งนำไปสู่คลังเซลล์โคลนทั้งหมดที่มีการกลายพันธุ์ที่อาจนำไปสู่โรคอัลไซเมอร์

กล่าวอีกนัยหนึ่ง แทนที่จะศึกษาเซลล์จากผู้ที่เป็นโรคอัลไซเมอร์ ให้พยายามให้เซลล์สมองที่ปกติและแข็งแรงของโรคอัลไซเมอร์โดยการฉีดยีนที่อาจทำให้เกิดความผิดปกติได้ หากคุณมองว่ายีนเป็นโค้ดของซอฟต์แวร์ ก็เป็นไปได้ที่จะแทรกโค้ดที่อาจกระตุ้นให้เกิดโรคอัลไซเมอร์เข้าไปในเซลล์เหล่านั้นผ่านการแก้ไขยีน ดำเนินการโปรแกรม และคุณจะสามารถสังเกตได้ว่าเซลล์ประสาททำงานอย่างไร

โครงการมาในสองขั้นตอน อันดับแรกมุ่งเน้นไปที่เซลล์วิศวกรรมมวลที่แก้ไขด้วย CRISPR อย่างที่สองคือการวิเคราะห์เซลล์ผลลัพธ์เหล่านี้อย่างละเอียด ตัวอย่างเช่น พันธุกรรม ยีนกระตุ้นการทำงานของยีน โปรตีนประเภทใดที่พวกมันขนส่ง โปรตีนเหล่านั้นโต้ตอบกันอย่างไร เป็นต้น

"ด้วยวิศวกรรมการกลายพันธุ์ที่ก่อให้เกิดโรคในชุดของ iPSC ที่มีลักษณะเฉพาะและมีความหลากหลายทางพันธุกรรม โปรเจ็กต์นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทำซ้ำข้อมูลในห้องทดลองต่างๆ และเพื่อสำรวจผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติในภาวะสมองเสื่อม" กล่าวว่า ดร.บิล สการ์เนส ผู้อำนวยการฝ่ายวิศวกรรมมือถือที่ห้องปฏิบัติการแจ็คสัน และหัวหน้าโครงการ

ค้อนต้านอัลไซเมอร์

iNDI เป็นความคิดริเริ่มที่เป็นไปได้เฉพาะกับการส่งเสริมเทคโนโลยีชีวภาพล่าสุดของเรา วิศวกรรมหลายร้อยเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์—และเพื่อแบ่งปันกับนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก—เป็นเพียงความฝันเมื่อสองทศวรรษที่แล้ว

เพื่อความชัดเจน โปรเจ็กต์ไม่เพียงแค่สร้างแต่ละเซลล์เท่านั้น ใช้ CRISPR เพื่อสร้างสายเซลล์หรือสายเลือดทั้งหมดของเซลล์ที่มียีนอัลไซเมอร์ที่สามารถส่งต่อไปยังคนรุ่นต่อไปได้ และนั่นคือพลังของพวกเขา: พวกเขาสามารถแบ่งปันกับห้องปฏิบัติการทั่วโลก เพื่อฝึกฝนเพิ่มเติมในยีนที่สามารถสร้างผลกระทบที่ใหญ่ที่สุดต่อความผิดปกติ ระยะที่ XNUMX ของ iNDI นั้นทรงพลังยิ่งขึ้น โดยจะเจาะลึกการทำงานภายในของเซลล์เหล่านี้เพื่อสร้าง “รหัสโกง” ซึ่งเป็นเอกสารแสดงพฤติกรรมของยีนและโปรตีนของพวกมัน

โปรเจ็กต์ร่วมกันทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างจักรวาลของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งแต่ละเซลล์มียีนที่สามารถสร้างผลกระทบต่อภาวะสมองเสื่อมได้ "การวิเคราะห์เชิงบูรณาการประเภทนี้มีแนวโน้มที่จะนำไปสู่การค้นพบที่น่าสนใจและดำเนินการได้ซึ่งไม่มีวิธีการใดที่สามารถเรียนรู้แยกกันได้" ผู้เขียนเขียน เป็น "โอกาสที่ดีที่สุดในการทำความเข้าใจ" โรคอัลไซเมอร์และโรคที่เกี่ยวข้องอย่างแท้จริง และ "มีแนวโน้มในการรักษาที่มีแนวโน้มว่าจะเป็นไปได้"

เครดิตภาพ: Gerd Altmann ราคาเริ่มต้นที่ Pixabay

ที่มา: https://singularityhub.com/2021/04/13/a-massive-new-gene-editing-project-is-out-to-crush-alzheimers/