Γονιδιακή Επεξεργασία με Αυτο-Διάδοση: Μια Ελπίδα για Περισσότερες Θεραπείες
Η ιδέα της αυτο-ενισχυόμενης γονιδιακής επεξεργασίας στοχεύει στο να μεταφέρουν τα κύτταρα πακέτα του μηχανισμού CRISPR στους γείτονές τους, ενισχύοντας το αποτέλεσμα.
Φανταστείτε αν, αντί να παραδίδει ένας ταχυδρόμος ένα φυλλάδιο σε κάθε σπίτι ξεχωριστά, έπρεπε απλώς να δώσει ένα σε έναν εθελοντή σε κάθε τετράγωνο, ο οποίος στη συνέχεια το φωτοτυπούσε και μοίραζε αντίγραφα στους γείτονες. Αυτός ο ταχυδρόμος θα έβαζε φυλλάδια σε πολύ περισσότερα σπίτια με αυτόν τον τρόπο. Οι βιολόγοι ελπίζουν ότι μια παρόμοια προσέγγιση θα μπορούσε να βελτιώσει τη γονιδιακή επεξεργασία στη θεραπεία κάθε είδους παθήσεων.
Η ιδέα είναι ότι κάθε κύτταρο στο σώμα που λαμβάνει την αρχική δόση θα παράγει πολλά αντίγραφα του μηχανισμού γονιδιακής επεξεργασίας και θα μεταφέρει τα περισσότερα από αυτά στους γείτονές του, ενισχύοντας το αποτέλεσμα. Αυτό σημαίνει ότι διορθωτικές αλλαγές σε ασθένειες θα μπορούσαν να γίνουν στο DNA περισσότερων κυττάρων.
Σε δοκιμές σε ποντίκια, ο Wayne Ngo στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Μπέρκλεϋ, και οι συνεργάτες του – συμπεριλαμβανομένης της πρωτοπόρου της γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR, Jennifer Doudna – κατάφεραν να τριπλασιάσουν τον αριθμό των ηπατικών κυττάρων που επεξεργάστηκαν χρησιμοποιώντας αυτή την προσέγγιση.
«Ουσιαστικά, αυτό που κάνουμε είναι να δίνουμε εντολή στο πρώτο κύτταρο που λαμβάνει τις οδηγίες μας να φτιάξει ένα μικρό λιπιδικό σωματίδιο που συσκευάζει [τον μηχανισμό CRISPR] μέσα του, έτσι ώστε αυτό το πρώτο κύτταρο να γίνει ένα εργοστάσιο που μπορεί στη συνέχεια να στείλει αυτά τα μικρά πακέτα σε άλλα κύτταρα», λέει ο Ngo.
Η πρώτη εγκεκριμένη θεραπεία CRISPR, για την δρεπανοκυτταρική αναιμία, περιλαμβάνει την αφαίρεση αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων από ένα άτομο και την επεξεργασία τους εκτός του σώματος πριν από την αντικατάστασή τους. Αλλά αυτή είναι μια εξατομικευμένη θεραπεία και, ως εκ τούτου, είναι εξαιρετικά δαπανηρή. Αρκετές δοκιμές που βρίσκονται σε εξέλιξη περιλαμβάνουν την άμεση επεξεργασία κυττάρων στο σώμα, χρησιμοποιώντας έναν γονιδιακό επεξεργαστή που θα λειτουργήσει για πολλούς ανθρώπους.
Η μεγάλη πρόκληση είναι η εξεύρεση τρόπων για την παράδοση του μηχανισμού CRISPR σε ένα αρκετά υψηλό ποσοστό συγκεκριμένων κυττάρων στο σώμα. «Για τη θεραπεία της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας, γνωρίζουμε ότι πρέπει να επεξεργαστούμε περίπου το 20% των [αιμοποιητικών] βλαστοκυττάρων», λέει ο Ngo. «Αυτό το 20% ήταν πολύ, πολύ δύσκολο να το πετύχουμε.»
Αυτό σημαίνει ότι εάν μια αρχική δόση έφτανε μόλις το 10% των αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων, αλλά θα μπορούσε να ενισχυθεί τοπικά για να φτάσει το 30%, θα μπορούσε να κάνει τη διαφορά μεταξύ επιτυχίας και αποτυχίας.
Για να επιτύχει την ενίσχυση, ο Ngo στράφηκε σε μια πρωτεΐνη που βοηθά έναν ιό να αποκολληθεί από τα κύτταρα. Μόλις παραχθούν σε ένα κύτταρο, αυτές οι πρωτεΐνες συνδέονται τόσο με την κυτταρική μεμβράνη όσο και μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα μικρό σάκο, ή κυστίδιο, που αποκολλάται από ένα κύτταρο και μπορεί να συγχωνευτεί με άλλα.
Εάν αυτές οι ιικές πρωτεΐνες συνδεθούν φυσικά με την πρωτεΐνη γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR Cas9, τότε η πρωτεΐνη Cas9 – και το RNA που την οδηγεί στον στόχο της – θα συσκευαστούν στα κυστίδια και θα μεταφερθούν σε άλλα κύτταρα.
Για να δοκιμάσει την ιδέα, η ομάδα δημιούργησε ένα τμήμα DNA που κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες Cas9-viral. Όταν το DNA εγχύθηκε υπό πίεση στο ήπαρ ποντικών, εισήλθε σε μόλις 4% των κυττάρων, αλλά, συνολικά, το 12% των κυττάρων υποβλήθηκαν σε γονιδιακή επεξεργασία.
Για τη θεραπεία ανθρώπων, ο μηχανισμός γονιδιακής επεξεργασίας θα παραδίδονταν με άλλους τρόπους. Η μέθοδος της ένεσης χρησιμοποιήθηκε απλώς για την απόδειξη της αρχής. «Δεν είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική, αλλά δείχνει ότι το σύστημά μας κάνει τη διαφορά», λέει ο Ngo. «Η τριπλή ενίσχυση είναι ένα εξαιρετικό σημείο εκκίνησης. Νομίζω ότι κάνει ορισμένα από τα τρέχοντα συστήματα παράδοσης αρκετά καλά για να θεραπεύσουν ορισμένες ασθένειες. Περισσότερα θα μπορούσαν να είναι καλύτερα, και έτσι διερευνούμε ενεργά στρατηγικές για να το κάνουμε και αυτό.»
Εκτός από τη μεγαλύτερη απόδοση, η ενισχυμένη γονιδιακή επεξεργασία θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει τη χρήση χαμηλότερων δόσεων, γεγονός που θα καθιστούσε τις θεραπείες ασφαλέστερες.
Οι βιολόγοι διερευνούν αυτές τις προσεγγίσεις εκβλάστησης κυστιδίων εδώ και δεκαετίες, λέει ο Gaetan Burgio στο Αυστραλιανό Εθνικό Πανεπιστήμιο στην Καμπέρα, αλλά η ομάδα του Ngo μπορεί να είναι η πρώτη που αποδεικνύει ότι λειτουργεί σε ζώα για γονιδιακή επεξεργασία. Ωστόσο, ο Burgio λέει ότι οι ερευνητές έχουν περισσότερη δουλειά να κάνουν για να επιβεβαιώσουν τα αποτελέσματά τους. «Απαιτούνται κατάλληλοι έλεγχοι και μέτρα για να αποδείξουν πραγματικά τους ισχυρισμούς τους», λέει.
Υπάρχουν ήδη πειραματικά αυτο-ενισχυόμενα εμβόλια mRNA, όπου τα mRNA που παραδίδονται στα κύτταρα κωδικοποιούν μηχανισμούς που δημιουργούν περισσότερα αντίγραφα των εμβολίων mRNA. Η ιδέα είναι να καταστούν τα εμβόλια mRNA ασφαλέστερα και φθηνότερα, επειδή χρειάζονται χαμηλότερες δόσεις. Ωστόσο, στην περίπτωση αυτή, τα επιπλέον mRNA παραμένουν μέσα στα κύτταρα όπου παράγονται.