درمان اختلالات خونی با استفاده از یک مدل جدید ویرایش ژن

به گزارش خبرنگار«نبض فناوری»سلول‌های بنیادی مغز استخوان منبع تمام سلول‌های خون ساز (خون) بدن هستند. برای بیماران مبتلا به اختلالات خونی، پیوند مغز استخوان با مغز اهداکننده سالم می‌تواند یک درمان بسیار موفق باشد، بنابراین می‌تواند برای افراد با شرایط خاص روش درمانی مناسبی باشد. در همین راستا محققان بیمارستان کودکان فیلادلفیا (CHOP) و دانشکده پزشکی پرلمن در دانشگاه پنسیلوانیا، در یک گام رو به جلو در توسعه داروهای ژنتیکی، مدل ویرایش ژن "In Vivo" را برای اختلالات خونی ایجاد کردند. در واقع این مدل ابزارهای ویرایش ژنی  ارائه شده برای درمان اختلالات خونی امکان اصلاح اصلاح مستقیم سلول‌های خونی در بدن بیمار را فراهم می‌کند. بنابراین اگر این رویکرد به کلینیک واردشود، می‌تواند دسترسی افراد را افزایش داده و هزینه ژن‌درمانی‌های اختلالات خونی را نیز کاهش دهد، زیرا در حال حاضر بسیاری بیماران نیاز به شیمی‌درمانی و پیوند سلول‌های بنیادی دارند. این یافته ها امروز در مجله Science منتشر شد.

روش‌های درمان بیماری‌های هماتولوژیک

در حال حاضر، بیماران اگر بخواهید بیماری‌های هماتولوژیک مانند بیماری سلول داسی شکل و بتا تالاسمی را با ژن‌درمانی درمان کنند، باید درمان‌های آماده‌سازی مانند شیمی‌درمانی را دریافت کنند تا فضایی برای سلول‌های خونی جدید و اصلاح‌شده ایجاد شود، که این روش‌ها هم گران است و هم خطراتی دارد.» یکی از نویسندگان ارشد استفانو ریولا، دکترا، کوامه اوهن-فرمپونگ، رئیس کم خونی سلول داسی شکل و پروفسور اطفال در بیمارستان کودکان فیلادلفیا گفت. ما در مقاله خود نشان داده‌ایم که می‌توان سلول‌های خونی بیمار را با اصلاح مستقیم سلول‌های معیوب در بدن بیمار جایگزین کرد، که این کار نیاز به درمان‌های تهویه‌کننده میلوآبلاتیو را از بین می‌برد و تحویل این زندگی بالقوه را ساده می‌کند. بنابراین تغییر درمان این یک گام بزرگ به جلو در نحوه تفکر ما در مورد درمان بیماری‌های ژنتیکی است و می‌تواند دسترسی به ژن درمانی را برای بیمارانی که بیشتر به آنها نیاز دارند گسترش دهد.

سلول‌های بنیادی خونساز (HSCs)

سلول‌های بنیادی خونساز (HSCs) در مغز استخوان قرار دارند، جایی که در طول زندگی تقسیم می‌شوند تا تمام سلول‌های موجود در خون و سیستم ایمنی را تولید کنند. در بیماران مبتلا به اختلالات خون ساز غیر بدخیم مانند بیماری سلول داسی شکل و اختلالات نقص ایمنی، این سلول‌های خونی به درستی عمل نمی‌کنند زیرا حامل یک جهش ژنتیکی هستند.بنابراین HSC های بیمار را می‌توان با HSC های مهندسی شده ژنی یا سالم از طریق پیوند HSC (HSCT) جایگزین کرد.

روش‌های درمانی بالقوه برای بیماران دارای اختلالات خونی

برای درمان‌های بالقوه این بیماران، در حال حاضر دو راه درمانی وجود دارد که هر دو شامل پیوند مغز استخوان می‌شوند: پیوند سلول‌های بنیادی با HSCs از یک اهداکننده سالم، یا ژن‌درمانی که در آن HSC‌های خود بیمار در خارج از بدن اصلاح می‌شوند. پیوند مجدد (اغلب به عنوان ژن درمانی ex vivo نامیده می‌شود). با توجه به اینکه HSC ها از یک اهداکننده می‌آیند، رویکرد قبلی با خطر ابتلا به بیماری پیوند در مقابل میزبان همراه است، و هر دو فرآیند شامل یک رژیم آماده سازی شیمی درمانی یا پرتودرمانی برای از بین بردن HSC های بیمار و آماده سازی آنها برای دریافت سلول‌های جدید است. این روش‌های درمانی با عوارض جانبی سمی قابل توجهی همراه هستند که بر نیاز به بررسی رویکردهای کمتر سمی تاکید می‌کند.

ارسال هدفمند داروهای رمزگذاری شده با mRNA

حمیده پرهیز، نویسنده ارشد، دکتر فارم، استادیار پژوهشی عفونی، گفت: «ارسال هدفمند داروهای رمزگذاری شده با mRNA به بافت‌ها و انواع سلول‌های خاص تأثیر بسیار زیادی بر روش درمان بیماری‌ها با اسیدهای نوکلئیک در آینده خواهد داشت. مادر مطالعه خود، یک نانوذرات لیپیدی هدفمند خاص سلولی را ارائه می‌کنیم که درمان‌کننده‌ها/ویرایشگرهای mRNA را در خود محصور می‌کند، بنابراین به عنوان یک فناوری پلت‌فرم که می‌تواند برای برنامه‌ریزی مجدد سلولی in vivo در بسیاری از بیماری‌هایی که نیاز به یک روش ژن‌درمانی دقیق و هدفمند دارند، استفاده شود. در اینجا، ما پلتفرم مورد نظر را با پیشرفت‌های درمانی mRNA و ابزارهای ویرایش ژنومی مبتنی بر RNA ترکیب کردیم تا روش جدیدی برای کنترل سرنوشت سلول‌های بنیادی خونساز و اصلاح نقایص ژنتیکی ارائه کنیم. زیرا ارائه یک روش هدفمند ویرایش ژنومی کدگذاری شده با mRNA می‌تواند منجر به بیان کنترل‌شده، اثربخشی بالای ویرایش و اصلاح ژنومی درون تنی بالقوه و همچنین ایمن‌تر در مقایسه با فناوری‌های موجود شود.

روش ویرایش ژن in vivo

یکی از گزینه‌هایی که نیاز به روش‌های فوق را از بین می‌برد، ویرایش ژن in vivo است که در آن ابزارهای ویرایش ژن مستقیماً به بیمار تزریق می‌شوند و اجازه می‌دهند HSCها بدون نیاز به رژیم‌های شرطی‌سازی ویرایش و تصحیح شوند. برای تایید این رویکرد، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی لورا بردا، دکترا، و مایکل پی تریبواسر، دکترای دکترا، در CHOP (در حال حاضر در دانشگاه میشیگان)، تایلر ای. پاپ، لیسانس در پن، و درو وایسمن، دکتر دکتر، پروفسور خانواده رابرتز در تحقیقات واکسن، مدیر مؤسسه پن برای نوآوری RNA در تحقیقات واکسن mRNA ، از نانوذرات مایع (LNP) برای ارائه ابزارهای ویرایش ژن mRNA استفاده کرد. معرفی پلت فرم LNP-mRNA

 LNP در بسته‌بندی و تحویل mRNA به سلول‌ها بسیار موثر است و به دلیل پلت فرم LNP-mRNA برای دو واکسن پیشرو COVID-19 در سال 2020 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، در مورد واکسن‌های COVID-19، ساختار LNP-mRNA سلول‌ها یا اندام‌های خاصی را در بدن هدف قرار نداد. با توجه به اینکه محققان می‌خواستند HSC ها را به طور خاص مورد هدف قرار دهند، سطح LNP های آزمایشی خود را با آنتی بادی‌هایی تزئین کردند که گیرنده CD117 را روی سطح HSC ها تشخیص می‌داد. آنها سپس سه رویکرد را برای آزمایش اثربخشی فرمول CD117/LNP دنبال کردند.

سه رویکرد بررسی اثربخشی CD117/LNP

ابتدا، محققان mRNA گزارشگر محصور کننده CD117/LNP را آزمایش کردند تا بیان موفق in vivo mRNA و ویرایش ژن را نشان دهند. در مرحله بعد، محققان بررسی کردند که آیا این رویکرد می‌تواند به عنوان درمانی برای بیماری‌های هماتولوژیک مورد استفاده قرار گیرد. آنها CD117/LNP محصور کننده mRNA را آزمایش کردند که یک ویرایشگر ژن cas9 را کد می‌کند و جهشی را که باعث بیماری سلول داسی شکل می‌شود را هدف قرار می‌دهد. این نوع ویرایش ژن جهش یافته در هموگلوبین، فاکتور ایجاد کننده بیماری را به یک نوع غیر بیماری تبدیل می‌کند. محققان با آزمایش ساختار خود بر روی سلول‌های اهداکنندگان مبتلا به بیماری سلول داسی شکل، نشان دادند که CD117/LNP ویرایش کارآمد پایه را در شرایط آزمایشگاهی را تسهیل می‌کند و منجر به افزایش فعالیت 91.7 درصدی هموگلوبین عملکردی می‌شود. آنها همچنین فقدان تقریباً کامل سلول‌های داسی شکل، سلول‌های خونی هلالی‌شکل که باعث علائم بیماری می‌شوند را نشان دادند.

جایگزینی مغز استخوان بدون شیمی درمانی یا پرتودرمانی

در نهایت، محققان بررسی کردند که آیا LNP ها می‌توانند برای جایگزینی درون تنی استفاده شوند، زیرا این عمل اجازه می‎دهد مغز استخوان بدون شیمی درمانی یا پرتودرمانی تخلیه شود. برای انجام این کار، آنها از mRNA کپسوله کننده CD117/LNP برای PUMA، پروتئینی که باعث مرگ سلولی می‌شود، استفاده کردند. در یک سری از آزمایش‌های in vitro، ex vivo و in vivo، محققان نشان دادند که هدف‌گیری in vivo با CD117/LNP-PUMA به طور موثر HSC را کاهش می‌دهد و امکان تزریق و جذب موفقیت‌آمیز سلول‌های مغز استخوان جدید را فراهم می‌کند، فرآیندی که به عنوان پیوند شناخته می‌شود. بدون نیاز به شیمی درمانی یا پرتودرمانی نرخ پیوند مشاهده شده در مدل‌های حیوانی با مواردی که برای درمان نقص ایمنی ترکیبی شدید (SCID) با استفاده از سلول‌های مغز استخوان اهداکننده سالم کافی گزارش شده بود، مطابقت داشت، که نشان می‌دهد این تکنیک می‌تواند برای نقص ایمنی شدید استفاده شود.

اهمیت یافته‌های کسب شده

این یافته‌ها ممکن است به طور بالقوه ژن درمانی را متحول کنند، نه تنها با اجازه دادن به اصلاح ژن خاص نوع سلولی در داخل بدن با حداقل خطر، نه تنها می‌تواند امکان دستکاری‌های غیرممکن قبلی را در فیزیولوژی سلول‌های بنیادی خون فراهم کند، بلکه با ارائه بستری که اگر به درستی تنظیم شود، می‌تواند تغییراساسی ایجاد کند. دکتر بردا، استادیار پژوهشی در بخش هماتولوژی در بیمارستان کودکان فیلادلفیا، گفت. «چنین سیستم‌های تحویل جدید ممکن است به ترجمه وعده دهه‌ها پژوهش ژنتیکی و زیست‌پزشکی هماهنگ برای از بین بردن طیف وسیعی از بیماری‌های انسانی کمک کند.»