ابداع نانوذرات جدید با توانایی انتقال مستقیم ژن‌درمانی به ریه

پژوهشگران دانشگاه «ام آی تی»، نانوذرات جدیدی ابداع کرده اند که می توانند فناوری ویرایش ژن را مستقیما به ریه های موش منتقل کنند.

به گزارش ایسنا به نقل از نیواطلس، ایجاد درمان های موثر برای بیماری های ژنتیکی ریه مانند «فیبروز سیستیک» (Cystic fibrosis) چالش برانگیز است ولی شاید این چالش زیاد ادامه نداشته باشد زیرا دانشمندان سعی دارند نوع جدیدی از نانوذره را توسعه دهند که می تواند فناوری ویرایش ژن را مستقیما به ریه های موش منتقل کند.

با نقشه برداری از ژنوم انسان و مطالعات گسترده ژنوم که جهش های ژنتیکی تعریف شده را با بیماری های شناخته شده مرتبط می سازند، تمرکز بسياري از پژوهش ها بر توسعه ژن درمانی (Gene Therapy) برای هدف قرار دادن علل ژنتیکی بیماری بوده است.

«آران ای پیام رسان» (mRNA) یک عامل درمانی نسبتا جدید است که برای پیشگیری و درمان بعضی بیماری های ژنتیکی مورد استفاده قرار می گیرد اما آران ای پیام رسان برای داشتن عملکرد مؤثر در بدن، به یک سیستم انتقال پایدار نیاز دارد که از آن دربرابر تخریب محافظت کند و به آن امکان دهد که به سلول ها وارد شود تا محموله های تغییردهنده ژن را به مقصد برساند.

نانو ذرات (Nanoparticle) ثابت کرده اند که روش موثری برای انتقال دادن آران ای پیام رسان هستند. در هر حال، انتقال نانوذرات حامل آران ای پیام رسان نیز چالش های خود را دارد. رساندن آن به قسمت درستی از بدن و عدم تأثیرگذاری بر سایر اندام ها می تواند یک مشکل باشد. نانوذرات تزریقی محصورشده در یک کُره لیپیدی، پیشتر مؤثر بوده اند. آن ها نشان دادند که از تخریب آران ای پیام رسان جلوگیری می کنند و توانایی هدف گیری سلولی را بهبود می بخشند.

پژوهشگران دانشگاه «ام آی تی» (MIT)، نانوذره لیپیدی امیدوارکننده ای را ابداع کرده اند که ریه ها را هدف قرار می دهد تا بتواند آران ای پیام رسان تغییردهنده ژن را به مقصد برساند.

پژوهشگران، نانوذراتی را ابداع کردند که شامل یک سرگروه با بار مثبت است که به ذرات کمک می کند تا با آران ای پیام رسان دارای بار منفی تعامل داشته باشند و یک دنباله لیپیدی بلند که به عبور ذرات از غشای سلولی به درون سلول کمک می کند. آنها پیش از شناسایی ساختار نانوذراتی که میتوانند به ریه ها برسد، ۷۲ سرگروه و ۱۰ دنباله لیپیدی با ساختارهای شیمیایی متفاوت را آزمایش کردند.

هنگامی که ساختار نانوذرات لیپیدی موثر پیدا شد، پژوهشگران آن را روی موش ها آزمایش کردند. آن ها دریافتند که با استفاده از روشی به نام «القای داخل تراشه» (Intratracheal instillation) می توانند این نانوذرات را برای انتقال دادن آران ای پیام رسان رمزگذار اجزای ویرایش ژن کریسپر به ریه های (Lung) حیوانات به کار ببرند که امکان کنترل دوز بیشتری را نسبت به استنشاق فراهم می کند.

اجزای منتقل شده، یک سیگنال توقف رمزگذاری شده ژنتیکی را قطع کردند، ژن یک پروتئین (Protein) فلورسنت سبز را روشن کردند و به پژوهشگران امکان دادند تا تعیین کنند که چند درصد از سلول های ریه، آران ای پیام رسان را با موفقیت بیان کرده اند.

پژوهشگران دریافتند که پس از یک دوز آران ای پیام رسان ، حدود ۴۰ درصد از سلول های اپیتلیال ریه، فرآیند «ترافرست» (Transfection) را پشت سر گذاشتند. ترافرست، فرآیند وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول است. دو دوز آران ای پیام رسان ، این آمار را به بیش از ۵۰ درصد و سه دوز به ۶۰ درصد افزایش داد. هر یک از سلول های اپیتلیال که برای درمان بیماری ریه کلیدی هستند، فرآیند ترافرست را تا حدود ۱۵ درصد پشت سر گذاشتند.

«بوون لی» (Bowen Li)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: این بدان معناست که سلول هایی که ما قادر به ویرایش آن ها بودیم، واقعا سلول های موردنظر برای بیماری ریه هستند. این لیپید میتواند ما را قادر سازد تا آران ای پیام رسان را بسیار موثرتر از هر سیستم تحویل دیگری که تاکنون گزارش شده است، به ریه برسانیم.

استفاده از نانوذرات لیپیدی به جای «ویروس مرتبط با آدنو» (AAV) که روش دیگری برای ارائه ژن درمانی است، یک مزیت متمایز را ارائه کرد. اگرچه روش AAV مؤثر است ولی یک واکنش ایمنی را در بدن ایجاد می کند و به همین دلیل نمی توان آن را به طور مکرر روی یک شخص به کار گرفت. نانوذرات لیپیدی، واکنش ایمنی ایجاد نمی کنند و به همین دلیل، در صورت نیاز میتوان چندین دوز تجویز کرد.

به علاوه، پژوهشگران دریافتند که نانوذرات جدید به سرعت تجزیه میشوند و ظرف چند روز از ریه ها پاک می شوند. در نتیجه، خطر التهاب را کاهش می دهند. این نانوذرات را میتوان در آینده برای اصلاح جهش ژنتیکی که عامل بروز فیبروز سیستیک و سایر بیماری های ژنتیکی ریه است، مورد استفاده قرار داد.

«دنیل اندرسون» (Daniel Anderson)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این نخستین نمونه از تحویل بسیار کارآمد آران ای به ریه های موش است. ما امیدواریم که بتوان از این روش برای درمان یا ترمیم طیف گسترده ای از بیماری های ژنتیکی از جمله فیبروز سیستیک استفاده کرد.

این گروه پژوهشی در حال کار کردن روی پایدارتر کردن نانوذرات جدید هستند تا بتوان آن ها را از طریق یک «نبولایزر» (Nebulizer) استنشاق کرد یا با یک واکسن (vaccine) آران ای پیام رسان که مستقیما به ریه ها فرستاده می شود، مورد استفاده قرار داد.

این پژوهش، در مجله «Nature Biotechnology» به چاپ رسید.