مندر سال 2019، سازمان غذا و داروی Trikafta را برای بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک (CF) که شایع‌ترین جهش ایجادکننده بیماری را دارند، تأیید کرد. Trikafta پروتئین معیوب را هدف قرار می دهد – شکل نادرست تنظیم کننده هدایت غشایی فیبروز کیستیک (CFTR) – تولید شده در نتیجه این جهش.1
با این حال، افراد دارای جهش های دیگر در CFTR ژن، از جمله آنهایی که دارای انواعی هستند که منجر به عدم تشکیل پروتئین می شود، نمی توانند از دارو سود ببرند. “به همین دلیل است که علاقه به درمان های ژنتیکی وجود دارد.
روش های فعلی ژن درمانی شامل تحویل ابزارهای ویرایش ژن، اصلاح جهش ها، به طور مستقیم به سلول های ریه است. با این حال، چنین ابزارهایی اغلب با استنشاق تجویز می شوند و برای عبور از مخاط غلیظ و چسبنده در مسیر خود به سلول ها تلاش می کنند.2
اکنون در مقاله ای که در علمSiegwart و تیم او نشان دادند که نانوذرات لیپیدی (LNPs) ابزارهای ویرایش ژن را به صورت موفقیت آمیز داخل وریدی به انواع سلول های ریه، از جمله سلول های بنیادی، تحویل می دهند.3 این رویکرد اصلاح ژن طولانی‌مدت را در یک مدل موش CF و در سلول‌های بیمار فعال کرد. سیستم مبتنی بر LNP راه های درمانی جدیدی را برای ارائه ابزارهای ویرایش ژن به بافت های خاص ارائه می دهد.
سیگوارت و تیمش می خواستند سیستم تحویلی را ارزیابی کنند که به طور خاص به سلول های ریه برسد و از اثرات ناخواسته جلوگیری کند. برای انجام این کار، آنها از استراتژی‌ای استفاده کردند که قبلاً توضیح داده بودند به نام هدف‌گیری انتخابی اندام (SORT)، که از LNPهای مهندسی شده (SORT LNPs) استفاده می‌کند که دارای تکرارهای کوتاه پالیندرومیک خوشه‌ای (CRISPRs) است که بر اساس ماشین‌های ویرایشی انجام می‌شود.4 سیگوارت و تیمش با تغییر غلظت یک مولکول اضافی، می‌توانند LNP و محموله ژنتیکی آنها را به طحال، کبد یا ریه منتقل کنند. در مطالعه حاضر، محققان به دنبال کشف انواع سلول‌های ریه بودند که محموله ژنتیکی ارزشمند LNP را دریافت کرده‌اند.
محققان SORT LNP های هدفمند ریه را به صورت داخل وریدی به موش های سالم مهندسی شده برای بیان پروتئین فلورسنت قرمز در هر سلولی که تحت ویرایش ژن قرار گرفته بودند، تزریق کردند. هنگامی که تیم سیگوارت بافت ریه را از موش‌های تحت درمان جدا کردند و آن را زیر میکروسکوپ مشاهده کردند، سلول‌هایی را دیدند که به‌طور یکنواخت قرمز می‌درخشیدند که نشان‌دهنده ویرایش گسترده ژن است. پس از 22 ماه، آنها مشاهده کردند که سلول ها همچنان قرمز به نظر می رسند، که دوام سیستم تحویل را برجسته می کند.
برای درک اینکه کدام نوع سلول تحت ویرایش طولانی‌مدت قرار گرفتند، سلول‌های ریه را جدا کردند و فلوسیتومتری انجام دادند. آنها انواع مختلفی از سلول ها، از جمله سلول های اپیتلیال، سلول های ایمنی و سلول های بنیادی را شناسایی کردند. این آزمایش ها نشان داد که ویرایش ژن در 45 تا 80 درصد از سلول های بنیادی ادامه دارد.
در حالی که توانایی LNP برای دسترسی به سلول‌های بنیادی سیگوارت را شگفت‌زده نکرد، او انتظار نداشت که ویرایش ژن تا این حد طول بکشد. او گفت: نزدیک بود از روی صندلی بیفتم. او توضیح داد که ویرایش پایدار راه درمان را باز می کند.
اگرچه آنها می دانستند که سیستم آنها ریه را هدف قرار می دهد، اما دقیقا نمی دانستند که چگونه این کار را انجام می دهد. Siegwart و تیمش قبلا نشان داده بودند که SORT LNP ها پس از تزریق به بدن به پروتئین های پلاسما متصل می شوند و به آنها کمک می کنند به سلول های هدف برسند.5 برای مطالعه نحوه سکونت این LNP ها در ریه ها، محققان پروتئین هایی را که سطح LNP را پس از تزریق می پوشانند، بررسی کردند. آنها دریافتند که این ذره با پروتئینی به نام ویترونکتین غنی شده است که گیرنده آن در چندین نوع سلول ریه وجود دارد.
سیگوارت و تیمش با داشتن یک سیستم تحویل کارآمد، تصمیم گرفتند پتانسیل درمانی این سیستم را در بیماری های ژنتیکی آزمایش کنند. برای این منظور از خط ماوس استفاده کردند که حامل جهش است CFTR ژنرال تزریق داخل وریدی SORT LNP حامل یک ویرایشگر ژن که این جهش را هدف قرار می دهد، منجر به اصلاح آن در تقریبا نیمی از سلول های ریه شد.
برای آزمایش این سیستم در زمینه انسانی، محققان از سلول‌های ریه جدا شده از یک بیمار CF استفاده کردند CFTR جهش ژنی که به درمان‌های مولکولی کوچک موجود مقاوم است و این سلول‌ها را در شرایطی که زیست‌شناسی راه هوایی انسان را تقلید می‌کند، کشت داده است.6
درمان این سلول ها با LNP هایی که دارای هدف ویرایشگر CRISPR هستند CFTR جهش منجر به تصحیح آن با ویرایش های بسیار کمی خارج از هدف شد که توسط توالی یابی DNA ارزیابی شد. برای اینکه ببینند آیا این اصلاح بر سطح پروتئین تأثیر می‌گذارد یا خیر، محققان آنالیزهای شیمیایی و ایمونوبلات انجام دادند که نشان داد سطح و عملکرد CFTR بازیابی می‌شود.
Siegwart گفت: “هدف رساندن با استفاده از نانوذرات به تنها یک نوع سلول در بدن یک رویای غیرممکن است.” او بر این باور است که محققان در عوض باید روی به حداکثر رساندن غنی‌سازی سلول‌های هدف در حین مطالعه تحویل به سایر انواع سلول تمرکز کنند. سیگوارت و تیمش سیستم خود را طوری طراحی کردند که تجمع LNP در بافت های خارج از هدف حداقل باشد.
Gaurav Sahai، دانشمند دارورسانی در دانشگاه ایالتی اورگان، گفت: “این بسیار هیجان انگیز است.” به گفته وی، توانایی LNP ها برای تحویل ماشین های ویرایش ژن به سلول های بنیادی ریه، پیشرفت قابل توجهی در این زمینه است. گام بعدی برای این تحقیق این است که نشان دهید می توانید آن را انجام دهید. [it] در یک حیوان بالاتر، مانند یک پستاندار غیر انسانی، و برای تحویل ایمن ویرایشگرهای ژن داخل وریدی.”
Siegwart گفت: “ما مشتاق هستیم با سایر محققانی که مدل های CF را در گونه های مختلف توسعه داده اند، همکاری کنیم.” در حالی که او امیدوار است LNP ها در نهایت به آزمایشات بالینی برسند، او گفت که ممکن است زمان ببرد.
او گفت: «ما تا واقعیت بالینی فاصله داریم. او افزود، اما اگر بتوان این را به انسان ترجمه کرد، می‌تواند درمان مادام‌العمر را امکان‌پذیر کند.
