خوباز اولین توصیف آن در سال 1935، نتایج بالینی در بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک دستخوش دگرگونی چشمگیری شده است. در حالی که بیماری ژنتیکی نادر زمانی بود حکم اعدام زودهنگام که اغلب از رسیدن بیماران به بزرگسالی جلوگیری می‌کرد، پیشرفت‌ها در درمان فیبروز کیستیک طول عمر افرادی را که از این بیماری رنج می‌برند در طول سال‌ها افزایش داده است.¹ با این حال، این درمان ها در همه بیماران موثر نیستند.

در مطالعه ای که در ارتباطات طبیعتدانشمندان استراتژی جدیدی را برای تحویل سیستم ویرایش ژن CRISPR-Cas9 به ریه های مدل موش فیبروز کیستیک و اصلاح جهش های زمینه ای گزارش کردند.² پس از توسعه و آزمایش، این رویکرد می تواند به پزشکان اجازه دهد تا هر بیمار مبتلا به فیبروز کیستیک، از جمله بیمارانی را که قبلاً درمان نشده بودند، درمان کنند.

فیبروز کیستیک ناشی از جهش در تنظیم کننده هدایت غشایی گذرنده فیبروز کیستیک است.CFTR) که یک کانال کلریدی سطح سلول را رمزگذاری می کند که به کنترل غلظت نمک و آب در ترشحات بدن کمک می کند. فعالیت CFTR مختل یا غایب منجر به مخاط ضخیم و چسبنده مرتبط با بیماری و در نتیجه افزایش فراوانی عفونت‌های تنفسی می‌شود. پزشکان داروهای مولکولی کوچک مانند تریکافتاکه به طور موثر 90 درصد بیماران را درمان می کند.³

وی گفت: مشکل این است که این داروها فقط برای مدیریت علائم هستند یهوی ساندانشجوی کارشناسی ارشد در دنیل سیگوارتآزمایشگاه در مرکز پزشکی جنوب غربی دانشگاه تگزاس و نویسنده این مطالعه. “[These drugs cannot] ریشه بیماری را درمان کنید زیرا یک بیماری ژنتیکی است. سلول‌های بیمار باید پروتئین CFTR را تولید کنند تا درمان‌های موجود عمل کنند و بیماران را با جهش‌های بیهوده بدون گزینه باقی بگذارند.

از زمان کشف اولیه، محققان بر این باور بودند که می توانند از CRISPR-Cas9 برای درمان بیماری های ژنتیکی استفاده کنند. با این حال، فقدان وسایل حمل و نقل موثر که بتواند اندام های خاصی را هدف قرار دهد، مانع از این رویکرد می شود. برای حل این مشکل، Siegwart و تیم او قبلاً یک استراتژی تحویل پیشرفته به نام هدف گیری انتخابی اندام نانوذرات لیپیدی را توسعه دادند.LNP را مرتب کنید).⁴ با اصلاح ترکیب و خواص بیوفیزیکی این نانوذرات، محققان به طور انتخابی سلول‌های ریه، کبد یا مغز موش‌ها را پس از تزریق داخل وریدی هدف قرار می‌دهند.

بر اساس این کار، Sun، Siegwart و تیم آنها فرمول SORT LNP ریه خود را بیشتر بهینه کردند و تحویل، کارایی و ویژگی هدف گیری ریه را بهبود بخشیدند و در عین حال حداقل سمیت را ایجاد کردند. پس از کپسوله کردن اجزای سیستم CRISPR، از جمله Cas9 mRNA، یک RNA منفرد راهنما مخصوص جهش، و یک الگوی DNA تک رشته ای اهداکننده، نانوذرات لیپیدی را به صورت داخل وریدی به مدل موش فیبروز کیستیک حامل جهش مزخرف G542X تزریق کردند. با توالی یابی نسل بعدی (NGS) DNA استخراج شده از بافت ریه وی، محققان دریافتند که استراتژی ویرایش ژن آنها با موفقیت جهش G542X را در ریه های موش اصلاح کرد.

اگرچه این نتایج امیدوارکننده بود، اما محققان مطمئن نبودند که آیا سیستم آنها می‌تواند مستقیماً به سلول‌های پایه که سلول‌های بنیادی ساکن در اپیتلیوم تنفسی هستند برسد یا خیر. زیرا این سلول ها می توانند به طور موثر به انواع مختلف سلول های اپیتلیال تمایز پیدا کنند CFTR بازسازی سلول های پایه به طور بالقوه می تواند منجر به بهبود طولانی مدت در عملکرد ریه شود. با درمان یک سویه موش گزارشگر تراریخته با حامل ریوی SORT LNP Cre mRNA و ارزیابی فلورسانس سلول‌های پایه جدا شده با استفاده از فلوسیتومتری، مشاهده کردند که نانوذرات لیپیدی آن‌ها می‌تواند به طور موثر mRNA را به سلول‌های پایه در داخل بدن برساند.

تحویل موثر اینها [genome] هدف قرار دادن ویراستاران برای مناطقی که می‌خواهیم در آن‌ها کار کند همیشه یک مشکل بوده است.
امی وونگ، بیمارستان کودکان بیمار

برای آزمایش اینکه آیا رویکرد آنها می‌تواند عملکرد CFTR را نیز بهبود بخشد، سان و همکارانش سلول‌های اپیتلیال برونش انسان را کشت دادند که از بیمارانی که شایع‌ترین جهش را بیان می‌کردند. CFTR، F508del، روی یک غشای تراوا و تک لایه را با SORT LNP ریه درمان کرد. سپس تغییرات در ترشح یون کلرید را با اعمال جریان الکتریکی در سراسر لایه اپیتلیال و اندازه گیری مقاومت و ولتاژ ترانس اپیتلیال و همچنین کارایی ویرایش ژن توسط NGS ارزیابی کردند. اگرچه آنها دریافتند که سیستم آنها جهش را فقط در چهار درصد از سلول ها اصلاح می کند، این میزان اصلاح برای بازگرداندن فعالیت کانال کلرید به 71 درصد عملکرد CFTR سالم کافی بود.

«تحویل مؤثر اینها [genome] ویراستاران برای هدف قرار دادن مناطقی که ما می‌خواهیم در آن‌ها کار کنیم همیشه یک مشکل بوده است.» امی ونگ، یک زیست شناس رشد و سلول های بنیادی در بیمارستان کودکان بیمار، که در این مطالعه شرکت نداشت. نانوذرات لیپید واقعاً مشکل تحویل را حل می‌کنند. وونگ توضیح داد: «اگر شما این سلول‌های بنیادی را هدف قرار دهید، منبعی از سلول‌ها دارید که می‌توانند اپیتلیوم را تجدید کنند و CFTR صحیح را روی غشای پلاسمایی داشته باشند.

فراتر از درمان بیماری های ریوی اضافی، این استراتژی تحویل SORT LNP دارای پتانسیل بالایی برای فعال کردن ویرایش ژن هدفمند سلول ها در سایر نواحی بدن است. فیبروز کیستیک یک بیماری نیست که فقط دستگاه تنفسی را تحت تأثیر قرار دهد. وونگ گفت: این بر چندین بافت تأثیر می گذارد. روش زایمان داخل وریدی آنها می تواند به طور بالقوه راهی برای هدف قرار دادن سایر اندام ها مانند پانکراس باشد. [or] کبد.”

منابع

1. دی بوک کی. فیبروز کیستیک در سال 2020: بیماری با چهره ای جدید. Acta Paediatr. 2020; 109 (5): 893-899.
2. وی تی و همکاران Lung LNP SORT ویرایش دقیق ژنوم CRISPR/Cas با واسطه همولوژی را در مدل های فیبروز کیستیک امکان پذیر می کند.. Nat Commun. 2023؛ 14 (1): 7322.
3. ریدلی کی، کوندرن ام. Elexacaftor-tezacaftor-ivacaftor: اولین ترکیب سه گانه فیبروز سیستیک فیبروز سیستیک رسانایی تنظیم کننده رسانایی تعدیل کننده. J Pediatr Pharmacol Ther. 2020; 25 (3): 192-197.
4. چنگ کیو و همکاران نانوذرات برای هدف گیری انتخابی اندام (SORT) برای تحویل mRNA بافتی و ویرایش ژن CRISPR-Cas. Nat Nanotechnol. 2020; 15 (4): 313-320.