نانوذرات جدیدی که فناوری ویرایش ژن را مستقیماً به ریه‌ها منتقل می‌کند

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، ایجاد درمان‌های موثر برای بیماری‌های ژنتیکی ریه مانند فیبروز کیستیک چالش برانگیز است. این امر ممکن است برای مدت طولانی‌تری صدق نکند، زیرا دانشمندان نوع جدیدی از نانوذره را توسعه می‌دهند که می‌تواند فناوری ویرایش ژن را مستقیماً به ریه‌های موش منتقل کند.

با نقشه‌برداری از ژنوم انسان و مطالعات بعدی مرتبط با ژنوم گسترده که جهش‌های ژنتیکی تعریف‌شده را با بیماری‌های شناخته‌شده مرتبط می‌کند، تمرکز بسیاری از تحقیقات بر روی توسعه ژن‌درمانی برای هدف قرار دادن علل ژنتیکی بیماری‌ها بوده است.

RNA پیام رسان (mRNA) یک عامل درمانی نسبتاً جدید است که برای پیشگیری و درمان برخی بیماری‌های ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما برای عملکرد مؤثر در بدن، mRNA - که حامل اطلاعات ژنتیکی است که سلول‌ها را به سمت ساخت پروتئین هدایت می‌کند - به یک سیستم انتقال پایدار نیاز دارد که از تخریب محافظت کند و به آن اجازه دهد وارد سلول‌ها شود تا محموله‌های تغییر دهنده ژن خود را تحویل دهد. نانوذرات ابزار‌های موثری برای انتقال پایدار mRNA هستند.

با این حال، انتقال نانوذرات mRNA چالش‌های خود را دارد. رساندن آن به قسمت صحیح بدن و اجتناب از تأثیر بر سایر اندام‌ها می‌تواند مشکل باشد. پیش از این نانوذرات تزریقی زمانی که در یک کره لیپیدی (چربی) محصور می‌شدند از تخریب mRNA جلوگیری می‌شد و توانایی هدف‌گیری سلولی آن را بهبود می‌بخشید. حالا محققان MIT و دانشکده پزشکی دانشگاه ماساچوست نانوذره لیپیدی امیدوارکننده‌ای ایجاد کرده‌اند که ریه‌ها را هدف قرار می‌دهد، جایی که می‌تواند mRNA ژن را تغییر دهد.

محققان نانوذراتی را ایجاد کردند که شامل یک سر با بار مثبت است که به ذرات کمک می‌کند تا با mRNA با بار منفی تعامل کنند و یک دم لیپیدی بلند که به عبور ذرات از غشای سلولی به داخل سلول کمک می‌کند. محققان به منظور شناسایی یک ساختار نانوذراتی که می‌تواند به ریه‌ها برسد، ۷۲ گروه سر و ۱۰ دم لیپیدی با ساختار‌های شیمیایی مختلف را آزمایش کردند.

هنگامی که ساختار نانوذرات لیپیدی موثر پیدا شد، محققان آن را روی موش آزمایش کردند. آن‌ها دریافتند که می‌توانند از این نانوذرات برای انتقال mRNA کد کننده اجزای ویرایش ژن CRISPR/Cas۹ به ریه‌های حیوانات با استفاده از روشی به نام القای داخل تراشه - وارد کردن یک ماده به طور مستقیم به نای (نای) - استفاده کنند که امکان کنترل دوز بیشتر از استنشاق را فراهم می‌کند.

اجزای تحویل‌شده ژن CRISPR/Cas ۹ یک سیگنال توقف رمزگذاری شده ژنتیکی را قطع کردند، ژن یک پروتئین فلورسنت سبز را روشن کردند و به محققان اجازه دادند تا تعیین کنند چند درصد از سلول‌های ریه mRNA را با موفقیت بیان کردند.

محققان دریافتند که پس از یک دوز mRNA، حدود ۴۰ درصد از سلول‌های اپیتلیال ریه ترانسفکت شدند. ترانسفکشن فرآیند وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول است. دو دوز mRNA درصد را به بیش از ۵۰ ٪ و سه دوز به ۶۰ ٪ افزایش داد. هر یک از سلول‌های اپیتلیال کلیدی برای درمان بیماری ریه - سلول‌های کلابی و سلول‌های مژه‌دار - حدود ۱۵ درصد ترانسفکت شدند.

بوون لی، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «این بدان معناست که سلول‌هایی که ما قادر به ویرایش آن‌ها بودیم، واقعاً سلول‌های هدف برای بیماری ریه هستند. این لیپید می‌تواند ما را قادر سازد که mRNA را بسیار موثرتر از هر سیستم تحویلی دیگری که تاکنون گزارش شده است به ریه برسانیم.

استفاده از نانوذرات لیپیدی به جای ویروس مرتبط با آدنو (AAV)، وسیله دیگری که برای ارائه ژن درمانی استفاده می‌شود، یک مزیت متمایز دارد. در حالی که استفاده از ویروس ْدنو موثر است، اما پاسخ ایمنی در بدن ایجاد می‌کند، بنابراین نمی‌توان آن را به طور مکرر روی یک فرد استفاده کرد. نانوذرات لیپیدی آن پاسخ ایمنی را ایجاد نمی‌کنند، بنابراین در صورت نیاز می‌توان چندین دوز از آن را برای بیمار تجویز کرد.

محققان همچنین دریافتند که نانوذرات جدید به سرعت شکسته شده و ظرف چند روز از ریه‌ها پاک می‌شوند و در نتیجه خطر التهاب را کاهش می‌دهند. توسعه آن‌ها می‌تواند در آینده برای اصلاح جهش ژنتیکی که باعث فیبروز کیستیک و سایر بیماری‌های ژنتیکی ریه می‌شود مورد استفاده قرار گیرد.

دانیل اندرسون، نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «این اولین نمایش تحویل بسیار کارآمد RNA به ریه‌ها در موش است. ما امیدواریم که بتوان از آن برای درمان یا ترمیم طیف وسیعی از بیماری‌های ژنتیکی از جمله فیبروز کیستیک استفاده کرد.»

این تیم تحقیقاتی در حال کار بر روی پایدارتر کردن نانوذرات جدید هستند تا بتوان آن‌ها را از طریق یک ریزپاش و همچنین واکسن mRNA که می‌تواند مستقیماً به ریه‌ها فرستاده شود، در هوا ذوب کرده و استنشاق کرد.