Sự ngạc nhiên! Cơ thể của chúng ta đã che giấu một con ngựa thành Troy cho liệu pháp gen

Thiên nhiên ẩn giấu những đột phá y học đáng kinh ngạc.

Hãy CRISPR, công cụ chỉnh sửa gen biến đổi. Nó được lấy cảm hứng từ một hệ thống phòng thủ miễn dịch của vi khuẩn cấp thấp và đồng chọn chỉnh sửa gen của chúng ta để điều trị các bệnh di truyền, tăng cường điều trị ung thư hoặc thậm chí là kéo dài tuổi thọ. Giờ đây, Tiến sĩ Feng Zhang, một trong những người tiên phong của CRISPR, đã trở lại với một sáng tạo khác có thể mở ra thế hệ tiếp theo của liệu pháp gen và vắc-xin RNA. Chỉ lần này, nhóm của anh ấy nhìn sâu vào bên trong cơ thể của chính chúng ta.

Mạnh mẽ như vậy, liệu pháp DNA và RNA cần phải quá giang vào các tế bào của chúng ta để hoạt động. Các nhà khoa học thường sử dụng các vec tơ virus—phương tiện vận chuyển được làm từ virus an toàn—hoặc các hạt nano lipid, các đốm nhỏ chất béo bảo vệ, để bao bọc vật liệu di truyền mới và chui vào tế bào.

Vấn đề? Cơ thể chúng ta không thích các chất lạ—đặc biệt là những chất kích hoạt phản ứng miễn dịch không mong muốn. Hơn nữa, các hệ thống phân phối này không tuyệt vời với mã zip sinh học, thường bao phủ toàn bộ cơ thể thay vì tập trung vào khu vực điều trị. Những “vấn đề sinh nở” này là một nửa cuộc chiến giành được thuốc di truyền hiệu quả với ít tác dụng phụ.

“Cộng đồng y sinh đã và đang phát triển các liệu pháp phân tử mạnh mẽ, nhưng việc đưa chúng đến các tế bào một cách chính xác và hiệu quả là một thách thức,” nói Zhang tại Viện Broad, Viện McGovern và MIT.

Nhập GỬI. Nền tảng giao hàng mới, diễn tả cái Khoa học, lóa mắt với sự khéo léo tuyệt đối của nó. Thay vì phụ thuộc vào các nhà mạng nước ngoài, GỬI (skhông bắt buộc ebản điện tửncapsidation cho di động delivery) sử dụng protein của con người để tạo ra các phương tiện vận chuyển đưa đón các yếu tố di truyền mới. Trong một loạt thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã nhúng hàng hóa RNA và các thành phần CRISPR bên trong các tế bào nuôi cấy trong đĩa. Các tế bào, hoạt động như các nhà máy đóng gói, sử dụng protein của con người để đóng gói vật liệu di truyền, tạo thành các mạch nhỏ giống như quả bóng bay có thể được thu thập như một phương pháp điều trị.

Thậm chí kỳ lạ hơn, nguồn gốc của những protein này dựa vào các gen virus đã được thuần hóa từ xa xưa bởi chính bộ gen của chúng ta thông qua quá trình tiến hóa. Bởi vì các protein về cơ bản là của con người, chúng không có khả năng kích hoạt hệ thống miễn dịch của chúng ta.

Mặc dù các tác giả chỉ thử một hệ thống đóng gói, nhưng còn nhiều thứ khác ẩn trong bộ gen của chúng ta. Tiến sĩ Michael Segel, tác giả nghiên cứu cho biết: “Đó là điều rất thú vị, đồng thời cho biết thêm rằng hệ thống họ sử dụng không phải là duy nhất; “Có lẽ có những hệ thống chuyển RNA khác trong cơ thể con người cũng có thể được khai thác cho mục đích điều trị.”

Cơ sở hạ tầng vận chuyển của cơ thể

Các tế bào của chúng tôi là hộp trò chuyện lớn. Và họ có nhiều đường dây điện thoại.

Điện là một trong những phổ biến. Đó là một phần giữ cho các tế bào thần kinh được kết nối đồng bộ với các mạng lưới và các tế bào tim. Hormone là một thứ khác, liên kết các tế bào từ nửa vòng quanh cơ thể thông qua các chất hóa học trong máu.

Nhưng điều kỳ lạ nhất đến từ thỏa thuận đình chiến lâu đời giữa con người và virus. Ngày nay, khi tìm kiếm bộ gen của con người, rõ ràng là chúng ta có DNA của virus và các yếu tố di truyền khác được nhúng bên trong các vòng xoắn kép của chính chúng ta. Hầu hết các bổ sung virus này đã mất chức năng ban đầu của chúng. Tuy nhiên, một số đã được tuyển dụng để xây dựng cơ thể và tâm trí của chúng ta.

Lấy Arc, một loại protein được tạo ra từ một gen còn được gọi là chấm dứt—một gen virus cốt lõi phổ biến trong bộ gen của chúng ta. Cung là một trí nhớ đại kiện tướng: khi chúng ta tìm hiểu, protein tạo thành các viên nang nhỏ truyền vật liệu sinh học, từ đó giúp củng cố những ký ức mới vào tiết mục mạng lưới thần kinh của chúng ta. Một protein khác tương tự như chấm dứt, được đặt tên là PEG10, có thể bám vào RNA và cũng tạo thành các phi thuyền sủi bọt để giúp phát triển nhau thai và hỗ trợ quá trình sinh sản.

Nếu PEG10 làm bao bì các tông cho vật liệu di truyền, thì tem thư đến từ một họ gen virus khác, hợp hạch. Gen này tạo ra một loại mã zip, cho phép mỗi con tàu vũ trụ chở hàng hóa cập bến vào các tế bào được nhắm mục tiêu.

Mặc dù ban đầu có bản chất là virus, nhưng những gen này đã di cư vào bộ gen của chúng ta và thích nghi thành một hệ thống vận chuyển cụ thể đáng kinh ngạc cho phép các tế bào chia sẻ thông tin. Về cơ bản, nó là một viên kem (hoặc bánh mochi hoặc bánh bao), nơi bạn có thể cho bất kỳ loại nhân nào vào. Vì các tế bào của chúng ta đã giao tiếp bằng cách sử dụng những quả bóng sinh học này, chứa đầy dữ liệu di truyền, tại sao chúng ta không chiếm quyền điều khiển quá trình để thêm vào các thành phần di truyền của chính mình?

GỬI

Hệ thống phân phối mới dựa trên ba thành phần: gen đóng gói, mã nhập cảnh và hàng hóa.

Giống như việc giải quyết một căn phòng thoát hiểm, mỗi căn phòng đều cần thiết để một thông điệp di truyền thoát ra khỏi tế bào. Bước đầu tiên là tìm ra một gen đóng gói bên trong cơ thể con người có thể tạo thành bong bóng xung quanh hàng hóa của nó. Với một cuộc khảo sát trên máy tính, nhóm nghiên cứu đã quét cả bộ gen của người và chuột để tìm chấm dứt-giống như gen—tương tự như những gen hình thành lớp vỏ bảo vệ giúp xây dựng trí nhớ của chúng ta. 48 ứng cử viên ban đầu xuất hiện với tư cách là người vận chuyển hàng hóa. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã thu hẹp phạm vi tìm kiếm của họ thành một loại protein có tên là MmPEG10.

Các tác giả cho biết nó có nguồn gốc từ virus, mặc dù nó vô hại trong cơ thể chúng ta. Sức mạnh đặc biệt của PEG10 là cái ôm ấm áp của nó. Nó có thể thu giữ RNA bên trong một tế bào, tạo thành một bong bóng xung quanh nó và tiết ra bong bóng đó giống như những con tàu vũ trụ thu nhỏ từ một tàu mẹ tế bào. Đáng ngạc nhiên, những con tàu vũ trụ này khá đặc biệt trong việc lựa chọn hàng hóa. Với sự hỗ trợ của xét nghiệm CRISPR, nhóm nghiên cứu nhận ra rằng các bong bóng chỉ liên kết và vận chuyển một nhóm RNA cụ thể dưới dạng hàng hóa.

Bước tiếp theo là hack và lập trình lại tùy chọn hàng hóa của PEG10. Với phân tích di truyền, nhóm đã tìm thấy một phần trên PEG10 cho phép viên nang nhận biết và đóng gói hàng hóa của nó. Đối với hàng hóa, nhóm đã thử nghiệm thêm hai “vé” di truyền hoặc trình tự cho phép họ vào tàu PEG10. Nó gần giống với việc một hành khách nhận ra tài xế Lyft của họ bằng cách khớp màu trên bảng điều khiển của ô tô với ứng dụng của họ.

Sau khi cả hai gặp nhau, “trình điều khiển” PEG10 tạo thành các protein xoay quanh trình điều khiển di truyền, tạo thành một đốm màu tạo nên phương tiện phân tử, với mục tiêu thoát khỏi tế bào.

Nhưng những gì về hướng dẫn? Đây là nơi mà mã mục nhập, hay còn gọi là hợp hạch, xuất hiện. Giống như mã trả về của Amazon, hợp hạch là các protein nằm rải rác bên ngoài một chiếc taxi PEG10, hướng dẫn chúng đi vào bên trong các loại tế bào và mô khác nhau. Bằng cách tác động vào các hợp hạch khác nhau, nhóm nghiên cứu có thể định hướng hàng hóa di truyền sẽ đi đâu như thể được dán nhãn bằng mã zip.

Putting It All Together

GỬI là một bộ ba thành phần, mỗi thành phần được mã hóa bằng cách sử dụng một vectơ—một đoạn DNA tròn, nhỏ có thể chui vào các tế bào.

Khi ở trong phòng giam, điều kỳ diệu sẽ xảy ra. Mỗi vectơ chạm vào nhà máy sản xuất protein của tế bào. PEG10 thúc đẩy nhà máy sản xuất bao bì. Fusogen chấm bao bì với phiếu giao hàng. Và RNA hàng hóa, với các sửa đổi để gắn thẻ tốt hơn vào GỬI, được đóng gói gọn gàng trong phương tiện kết quả, phương tiện này sẽ trôi về đích.

Zhang cho biết: “Bằng cách trộn và kết hợp các thành phần khác nhau trong hệ thống SEND, chúng tôi tin rằng nó sẽ cung cấp một nền tảng mô-đun để phát triển phương pháp điều trị cho các bệnh khác nhau.

Như một bằng chứng về khái niệm, nhóm đã sử dụng SEND để cung cấp một hệ thống CRISPR cắt bỏ một gen gây ung thư trong các tế bào trong một món ăn ban đầu có nguồn gốc từ bệnh ung thư não. Hệ thống đã cắt bỏ hiệu quả khoảng 60% gen trong các tế bào nhận. Nhưng nó chỉ làm như vậy khi SEND chuyển các thành phần CRISPR vào trong tế bào, cho thấy rằng SEND chỉ cung cấp vật liệu di truyền đã được tùy chỉnh để vận chuyển.

Trong tương lai, nhóm đang thử nghiệm SEND trong các mô hình động vật và thiết kế một hộp công cụ để nhắm mục tiêu các mô và tế bào khác nhau. Họ cũng sẽ tiếp tục tìm kiếm bộ gen của con người để tìm các thành phần di truyền cổ xưa có thể bổ sung vào nền tảng SEND.

“Chúng tôi rất vui mừng được tiếp tục thúc đẩy phương pháp này,” Zhang nói, “[Đó] là một khái niệm thực sự mạnh mẽ.”

Tín dụng hình ảnh: Sau khi lắp ráp bên trong tế bào, các gói GỬI được giải phóng để thu thập cho liệu pháp gen. Hình ảnh lịch sự của Viện McGovern.

Nguồn: https://singularityhub.com/2021/08/24/surprise-our-bodies-have-been-hiding-a-trojan-horse-for-gene-therapy/