انتقال نانوذرات CRISPR، ژنوم را ویرایش می کند

۲۳ آبان ۱۳۹۶ کافه

در پژوهش جدید، محققان MIT، نانوذرات را توسعه داده اند که می توانند سیستم ویرایش ژنوم CRISPR را تحویل دهند و به طور خاص ژن ها را در موش تغییر دهند. این تیم به همراه هستفاده از نانوذرات برای حمل اجزای CRISPR، حذف نیاز به هستفاده از ویروس ها برای تحویل.

به همراه هستفاده از تکنیک تحویل جدید، محققان توانستند در حدود ۸۰ درصد از سلول های کبدی، ژن های خاصی را بریزند که بهترین میزان موفقیت در CRISPR در حیوانات بزرگسالان بود.

"این واقعا هیجان انگیز هست که ما نشان داده ایم که شما می توانید یک نانوذرات ایجاد کنید که می تواند به طور دائم و به طور خاص DNA را در کبد حیوانات بزرگسالان ویرایش کند"، دانیل اندرسون، هستاد دانشکده MIT مهندسی شیمی و عضو موسسه تحقیقات سرطان Integral Cancer و موسسه مهندسی پزشکی و علوم (IMES) Koch MIT

یکی از ژن های هدفمند در این مطالعه، به نام Pcsk9، سطح کلسترول را تنظیم می کند. جهش در نسخه انسانی ژن به همراه یک اختلال نادر همراه به همراه هیپرکلسترولمی خانوادگی غالب همراه هست و FDA اخیرا دو دارو آنتی به همراهدی را که Pcsk9 را مهار می کند، تایید می کند. به همراه این حال، این آنتی به همراهدی ها به همراهید به طور منظم و برای بقیه عمر بیمار مصرف شود تا درمان شود. طبق نظر تیم MIT، نانوذرات جدید به طور دائم ژن را پس از درمان تک ویرایش می کنند، و این روش همچنین وعده برای درمان سایر اختلالات کبدی را ارائه می دهد.

اندرسون نویسنده ارشد این مطالعه هست که در شماره ۱۳ نوامبر Biotechnology Nature ظاهر می شود. نویسنده اصلی این مقاله، هوآ یین پژوهشگر موسسه کوه هست. سایر نویسندگان عبه همراهرتند از پروفسور David H. Koch پروفسور رابرت لانگر از MIT، هستادان Victor Koteliansky و Timofei Zatsepin از موسسه علوم و تکنولوژی Skolkovo و پروفسور Wen Xue از دانشکده پزشکی دانشگاه ماساچوست

هدف بیماری

بسیاری از دانشمندان در حال تلاش برای ایجاد راه های ایمن و کارآمد برای ارائه اجزای مورد نیاز برای CRISPR هستند که شامل یک آنزیم برش DNA به نام Cas9 و یک RNA کوتاه هست که آنزیم را به یک منطقه خاص از ژنوم هدایت می کند، برای برش آن.

در اغلب موارد، محققان بر روی ویروس ها برای حمل ژن Cas9 و همچنین رشته راهنمای RNA تکیه می کنند. در سال ۲۰۱۴، اندرسون، یین و همکارانش یک سیستم تحویل غیر ویروسی را در اولین تظاهرات برای درمان بیماری (tyrosinemia اختلال کبدی) به همراه CRISPR در یک حیوان به همراهلغ ایجاد کردند. به همراه این حال، این نوع تحویل نیاز به تزریق فشار به همراهلا، یک روش هست که همچنین می تواند به همراهعث آسیب به کبد شود.

بعدا، محققان نشان دادند که می توانند اجزای بدون تزریق فشار به همراهلا را از طریق بسته بندی RNA messenger (mRNA) که Cas9 را به جای یک ویروس رمزگذاری کنند، به یک نانو ذرات تبدیل کنند. محققان به همراه هستفاده از این رویکرد، که در آن راهنمای RNA هنوز هم توسط یک ویروس تحویل داده شد، محققان قادر به ویرایش ژن هدف در حدود ۶ درصد از hepatocytes، که به اندازه کافی برای درمان تیروزینمی هست.

در حالی که این روش تحویل وعده داده می شود، در برخی موارد بهتر هست که یک سیستم تحویل به طور کامل غیر ویروسی داشته به همراهشیم. یک نکته مهم این هست که هنگامی که یک ویروس خاص هستفاده می شود، بیمار آنتی به همراهدی را ایجاد می کند، بنابراین نمی تواند دوبه همراهره هستفاده شود. همچنین، برخی از بیماران دارای آنتی به همراهدی هایی که قبلا وجود داشت به ویروس هایی که به عنوان وسایل حمل و نقل CRISPR مورد آزمایش قرار می گیرند.

در مقاله جدید Biotechnology Nature ، محققان به همراه سیستمی ارائه دادند که Cas9 و راهنمای RNA به همراه هستفاده از نانوذرات را بدون نیاز به ویروس فراهم می آورد. برای تحویل RNA های هدایت شده، ابتدا به همراهید RNA را به صورت شیمیایی تغییر دهند تا آن را از آنزیم های بدن محافظت کند که معمولا قبل از رسیدن به مقصد آن را شکست می دهد.

محققان ساختار پیچیده تشکیل شده توسط Cas9 و راهنمای RNA یا sgRNA را تجزیه و تحلیل کردند تا مشخص شود کدام قسمت رشته هدایت RNA میتواند بدون تغییر تداخل به همراه اتصال دو مولکول تغییر شیمیایی داشته به همراهشد. بر اساس این تحلیل، بسیاری از ترکیبه همراهت ممکن از اصلاحات ایجاد شده و مورد آزمایش قرار گرفتند.

"یین می گوید:" ما از ساختار مجتمع Cas9 و sgRNA به عنوان یک راهنمای هستفاده کردیم و آزمایشاتی انجام دادیم تا بتوانیم تا ۷۰ درصد از RNA راهنمای را تغییر دهیم. " "ما می توانستیم آن را به شدت تغییر دهیم و بر روی اتصال sgRNA و Cas9 تأثیری نداشته به همراهشیم و این اصلاح پیشرفته واقعا فعالیت را افزایش می دهد"

برنامه ریزی مجدد کبد

محققان این راهنماهای RNA اصلاح شده (که آنها را SgRNA افزایش یافته) را به نانوذرات لیپیدی بسته بندی می کنند، که قبلا آنها را برای ارسال انواع دیگر RNA به کبد و تزریق آنها به موش همراه به همراه نانوذرات حاوی mRNA که کد Cas9 را تزریق می کردند، بسته بندی کرد.

آنها به همراه نابودی چندین ژن متفاوت بیان شده توسط hepatocytes، اما بیشتر توجه خود را بر ژن Pcsk9 تنظیم کننده کلسترول متمرکز کردند. محققان توانستند این ژن را در بیش از ۸۰ درصد سلول های کبدی از بین ببرند و پروتئین Pcsk9 در این موش ها قابل شناسایی نبود. آنها همچنین کاهش ۳۵ درصدی کلسترول در موشهای درمان شده را نشان دادند.

محققان در حال حاضر بر روی شناسایی سایر بیماری های کبدی که ممکن هست از این رویکرد سودمند به همراهشد و پیشرفت این رویکردها در جهت هستفاده در بیماران را بررسی کنند

"اندرسون می گوید:" من فکر می کنم داشتن یک نانوذره کاملا مصنوعی که می تواند به طور خاص ژن ها را خاموش کند، می تواند یک ابزار قدرتمند نه تنها برای Pcsk9 به همراهشد بلکه برای سایر بیماری ها نیز به همراهشد. " "کبد یک عضو بسیار مهم هست و همچنین برای بسیاری از مردم منبع بیماری هست. اگر شما می توانید DNA کبد خود را در حالی که هنوز از آن هستفاده می کنید، مجددا برنامه ریزی کنید، ما فکر می کنیم بیماری های زیادی وجود دارد که می تواند مورد توجه قرار گیرد. "

"ما بسیار هیجان زده هستیم که این نرم افزار جدید از فناوری نانو فرصت های جدیدی برای ویرایش ژن ها را به همراهز کند"، لانگر اضافه می کند.

این تحقیق توسط موسسه ملی بهداشت (NIH)، صندوق علمی روسیه، مرکز Skoltech و پشتیبه همراهنی موسسه Koch (core) Grant از موسسه ملی سرطان تامین شده هست.

دانلود آهنگ مسعود صادقلو ما به هم میایم