Riparohen gjenet me defekt para lindjes me një metodë revolucionare

Në një punim të botuar së fundi, shkencëtarët kanë paraqitur një metodë revolucionare me anë të së cilës kanë arritur të riparojnë gjenet e gabuara në qelizat e trurit të fetusit. Teknologjia e re, e testuar deri më tani tek minjtë, mund të ndalojë zhvillimin e çrregullimeve neurologjike të përcaktuara gjenetikisht, si sindroma Angelman dhe Rett, përpara lindjes.

Aijun Wang, autori kryesor i studimit dhe profesor i kirurgjisë dhe inxhinierisë biomjekësore në UC Davis, tha se potenciali që ky mjet të përdoret për të trajtuar çrregullimet neurologjike është i madh. “Ne mund të korrigjojmë anomalitë gjenetike gjatë fazave kyçe të zhvillimit të trurit,” shtoi ai.

Studimi, i cili është rezultat i një bashkëpunimi midis Wang Lab dhe Murthy Lab në UC Berkeley, u publikua më 24 tetor në revistën ACS Nano . Ekipi shpreson të zhvillojë këtë teknologji për të trajtuar çrregullimet gjenetike që mund të diagnostikohen gjatë testimit prenatal. Trajtimi mund të administrohet në mitër për të parandaluar dëmtimin që ndodh gjatë zhvillimit dhe maturimit të qelizave.

Një metodë revolucionare për të dhënë gjenet e duhura

Në punën e tyre, autorët deklarojnë se tashmë është njohur se redaktimi i gjeneve me ndihmën e mARN-së ka potencial në trajtimin e çrregullimeve neurologjike. Por ata theksojnë se “një pengesë kryesore për aplikimin klinik deri më tani ka qenë mungesa e mjeteve të shpërndarjes së mRNA që mund të transfektojnë në mënyrë efikase qelizat e trurit.”

Të transfektosh qelizat do të thotë të futësh material të huaj gjenetik, si ADN ose ARN, në qeliza në mënyrë që ato të prodhojnë një proteinë specifike ose të kryejnë një funksion të dëshiruar. Procedura e transfektimit është përdorur për vite në laborator për të manipuluar gjenet, qoftë për të korrigjuar gabimet gjenetike, për të studiuar funksionin e gjeneve apo për të prodhuar proteina.

Roli kryesor i proteinave

Është e rëndësishme të theksohet këtu se proteinat luajnë një rol kyç në funksionimin e trupit tonë. Ata kryejnë funksione të tilla si ndërtimi i qelizave dhe indeve, transferimi i molekulave, rregullimi i gjeneve, lehtësimi i përgjigjes imune dhe, si enzima, katalizimi i reaksioneve kimike. Në kushte të caktuara gjenetike, gjenet prodhojnë më shumë ose më pak proteina sesa i nevojitet trupit, gjë që mund të krijojë një çekuilibër dhe të shkaktojë sëmundje.

Trajtimi me mARN

Shkencëtarët kanë zbuluar tashmë një mënyrë për të shpërndarë ARN-në e dërguar (ARN lajmëtare, mRNA) te qelizat, të cilat më pas përdorin këtë informacion për të krijuar proteina funksionale. Kjo metodë është përdorur për zhvillimin e vaksinave mRNA. Në të, mRNA shpërndahet në nanogrimca lipide (LNP) në qeliza në mënyrë që të ndërtohet një proteinë virale ndaj së cilës organizmi do të krijojë një përgjigje imune.

Nanogrimca të përsosura

Në një studim të fundit, të botuar në revistën Nature Nanotechnology , Wang, Niren Murthy dhe ekipi i tyre prezantuan komplekse të reja të zhvilluara të nanogrimcave lipidike (LNP) dhe mARN që mund të përmirësojnë trajtimin e sëmundjeve gjenetike.

Përkatësisht, aplikimet mjekësore të LNP-ve janë të kufizuara për shkak të çlirimit të pamjaftueshëm nga endozomet, toksicitetit të lartë dhe kohës së gjatë të mbajtjes në inde. LNP-të që hidrolizohen me shpejtësi në endozome (RD-LNP) mund të zgjidhin problemet që kufizojnë trajtimin e bazuar në LNP dhe zgjerojnë ndjeshëm aplikimet e tyre, por ato janë të vështira për t’u sintetizuar”, shpjegojnë autorët.

Është e rëndësishme të theksohet këtu se efektiviteti i NLP-ve është i lidhur ngushtë me toksicitetin. Nëse marrja e NLP-ve është joefektive, shkencëtarët duhet të përdorin më shumë nanogrimca, që do të thotë doza më të larta ose më të shpeshta që mund të shkaktojnë një reaksion toksik imunitar.

Në studimin e ri, autorët përshkruajnë formulimin e tyre të ri LNP për shpërndarjen e sigurt dhe efikase të mRNA në qeliza.

Nanogrimcat lipidike që përmbajnë mARN duhet të arrijnë në qeliza, ku ato merren nga endocitoza, procesi me të cilin membrana qelizore mbyll substancat nga mjedisi dhe formon një vezikulë që transportohet brenda qelizës. Më pas qeliza degradon LNP dhe lëshon bagazhin e saj – mRNA.

“LNP-të e zhvilluara në këtë studim përdorin një lidhje të re të degradueshme nga acidi që lejon LNP-të të degradohen me shpejtësi brenda qelizave. Përbërja e re gjithashtu lejon dizajnimin e LNP-ve me më pak toksicitet,” tha bashkëautori i studimit Murthy, një profesor i bioinxhinierisë në Universitet. të Kalifornisë, Berkeley.

Studimi tregoi se metoda e re LNP është më efikase në dhënien e mRNA dhe se zvogëlon nevojën për doza potencialisht toksike.

Dërgimi i udhëzimeve për ndërtimin e një enzime të modifikimit të gjeneve

Një studim i ri përshkruan përdorimin e teknologjisë LNP për të dhënë mRNA CAS9 për të trajtuar sëmundjet gjenetike të sistemit nervor qendror në mitër. Studiuesit testuan mjetin në gjenin përgjegjës për sindromën Angelman, një çrregullim i rrallë neurologjik.

Me kushtet gjenetike, dëmtimi grumbullohet gjatë shtatzënisë dhe menjëherë pas lindjes. Hulumtimet tregojnë se efekti i terapisë gjenetike është më i mirë nëse kryhet përpara se barriera gjaku-tru të formohet plotësisht pas lindjes.

Në studimin e ri, qëllimi ishte ndalimi i përparimit të sëmundjes në mitër.

Shkencëtarët injektuan LNP me mRNA në barkushet e trurit të miut të fetusit. MRNACAS9 i futur përkthehet në qeliza në proteinën CAS9, e cila vepron si një gërshërë për modifikimin e gjeneve. CAS9, me ndihmën e një molekule udhëzuese të ARN-së, njeh një sekuencë specifike të ADN-së në gjenom, më pas pret ADN-në në atë vend dhe u lejon shkencëtarëve të heqin, shtojnë ose ndryshojnë materialin gjenetik për të korrigjuar mutacionet.

Në një studim të ri, CAS9 i krijuar në këtë mënyrë modifikoi gjenin përgjegjës për sindromën Angelman. Wang shpjegoi se mRNA është si udhëzimet Lego që ofrojnë udhëzime për grumbullimin e proteinave funksionale. “Vetë qeliza ka tashmë të gjitha pjesët e nevojshme për të ndërtuar CAS9. Ne vetëm duhet të furnizojmë sekuencën e mRNA dhe qeliza do ta përkthejë atë në proteina,” shtoi ai.

Efikasitet shumë i lartë

Studimi tregoi se mjeti i sapo zhvilluar LNP ishte shumë efektiv në dhënien e mRNA që u përkthye në CAS9. Nanogrimcat transfektuan qelizat burimore nervore dhe qelizat paraardhëse të trurit në zhvillim dhe çuan në modifikimin e gjeneve në 30% të qelizave burimore të trurit në një model të miut.

“Transfektimi i 30% të të gjithë trurit, veçanërisht qelizave staminale, është një sukses i madh. Këto qeliza migrojnë dhe përhapen në shumë vende të trurit ndërsa fetusi vazhdon të zhvillohet,” tha Wang.

Në studim, ndërsa zhvillimi i fetusit përparonte, qelizat burimore u shumuan dhe migruan për të formuar sistemin nervor qendror. Studimi zbuloi se përfundimisht më shumë se 60% e neuroneve në hipokampus dhe 40% e neuroneve në korteks ishin transfektuar.

“Kjo është një metodë me potencial të madh aplikimi për çrregullimet gjenetike që prekin sistemin nervor qendror. Kur lindin foshnjat, shumë neurone tashmë mund të riparohen. Kjo do të thotë se një fëmijë mund të lindë pa simptoma,” shpjegoi Wang.

Suksesi mund të jetë edhe më i madh

Wang pret një përqindje edhe më të lartë të qelizave të transfektuara në një model miu me qeliza të sëmura.

“Neuronet e këqij me një mutacion mund të shkatërrohen nga akumulimi i simptomave të sëmundjes, ndërsa neuronet e mira mund të mbeten dhe të shumohen. Kjo mund të çojë në rritjen e efikasitetit të trajtimit. Nëse kuptojmë mjaft mirë se si funksionojnë qelizat, ne mund ta përdorim atë njohuri për të bashkëpunuar me rrugët natyrore që ekzistojnë në qelizë”, tha ai.