دانشمندان از پروتئین انسانی برای رساندن دارو‌های مولکولی به سلول‌ها استفاده می‌کنند

فرادید| محققان MIT، مؤسسه McGovern for Mrain Research at MIT، موسسه پزشکی Howard Hughes و موسسه Broad of MIT و هاروارد روش جدیدی را برای ارائه درمان‌های مولکولی به سلول‌ها ایجاد کرده اند. این سیستم که SEND نامیده می‌شود، می‌تواند طوری برنامه ریزی شود که محموله‌های RNA مختلف را در بر گیرد و تحویل دهد. SEND از پروتئین‌های طبیعی در بدن که ذرات شبه ویروس را تشکیل می‌دهند و RNA را متصل می‌کند، استفاده می‌کند و ممکن است پاسخ ایمنی کمتری نسبت به سایر روش‌های زایمان ایجاد کند.

به گزارش فرادید؛ پلت فرم تحویل جدید در مدل‌های سلولی به طور مؤثری کار می‌کند و با توسعه بیشتر، می‌تواند کلاس جدیدی از روش‌های تحویل را برای طیف وسیعی از دارو‌های مولکولی - از جمله روش‌های ویرایش ژن و جایگزینی ژن - ایجاد کند. وسایل حمل و نقل موجود برای این درمان‌ها می‌تواند ناکارآمد باشد و به طور تصادفی در ژنوم سلول‌ها ادغام شود و برخی می‌توانند واکنش‌های ایمنی ناخواسته را تحریک کنند. SEND این وعده را دارد که بر این محدودیت‌ها غلبه کند، که می‌تواند فرصت‌های جدیدی را برای استقرار پزشکی مولکولی ایجاد کند.

فنگ ژانگ، پیشگام در CRISPR، نویسنده ارشد این مطالعه، عضو اصلی موسسه در موسسه براد و محقق در مک گاورن، می‌گوید: "جامعه پزشکی در حال توسعه درمان‌های مولکولی قوی است، اما رساندن آن‌ها به سلول‌ها به روش دقیق و کارآمد چالش برانگیز است. اکنون SEND پتانسیل غلبه بر این چالش‌ها را دارد. " ژانگ همچنین یک محقق در موسسه پزشکی هوارد هیوز و پروفسور در بخش‌های مغز و علوم شناختی و مهندسی بیولوژیکی MIT است.

گزارش در علم، تیم توضیح می‌دهد که چگونه SEND مخفف (Selective Endogenous eNcapsidation for cellular Delivery) از مولکول‌های ساخته شده توسط سلول‌های انسانی استفاده می‌کند. در مرکز SEND پروتئینی به نام PEG۱۰ وجود دارد که به طور معمول به mRNA خود متصل می‌شود و یک کپسول محافظ کروی در اطراف آن تشکیل می‌دهد. در مطالعه خود، تیم PEG۱۰ را مهندسی کرد تا به صورت انتخابی RNA‌های دیگر را بسته بندی و تحویل دهد. دانشمندان از SEND برای تحویل سیستم ویرایش ژن CRISPR-Cas۹ به سلول‌های موش و انسان برای ویرایش ژن‌های هدف استفاده کردند.

مایکل سگل، محقق پسادکتری در آزمایشگاه ژانگ و بلیک لش، نویسنده دوم این مقاله می‌گویند "PEG۱۰ از نظر توانایی در انتقال RNA منحصر به فرد نیست. "

سگل می‌گوید: "این چیزی است که بسیار هیجان انگیز است. این مطالعه نشان می‌دهد که احتمالاً سایر سیستم‌های انتقال RNA در بدن انسان وجود دارد که می‌تواند برای اهداف درمانی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین سوالات بسیار جذابی در مورد نقش طبیعی این پروتئین‌ها ایجاد می‌کند. "

الهامی از درون

پروتئین PEG۱۰ به طور طبیعی در انسان وجود دارد و از یک رتروترانسپوزون (یک عنصر ژنتیکی شبیه ویروس) که میلیون‌ها سال پیش خود را در ژنوم اجداد انسان ادغام کرده است، مشتق شده است. با گذشت زمان، PEG۱۰ توسط بدن انتخاب شد تا بخشی از مجموعه پروتئین‌های مهم برای زندگی شود.

چهار سال پیش، محققان نشان دادند که پروتئین دیگر مشتق از رتروترانسپوزون، ARC، ساختار‌های شبیه ویروس را تشکیل می‌دهد و در انتقال RNA بین سلول‌ها نقش دارد. اگرچه این مطالعات نشان می‌دهد که ممکن است بتوان پروتئین‌های retrotransposon را به عنوان یک بستر تحویل مهندسی کرد، اما دانشمندان با موفقیت از این پروتئین‌ها برای بسته بندی و انتقال محموله‌های RNA خاص در سلول‌های پستانداران استفاده نکرده اند.

تیم ژانگ با آگاهی از این که برخی پروتئین‌های مشتق از رتروترانسپوزون قادر به اتصال و بسته بندی محموله‌های مولکولی هستند، به این پروتئین‌ها به عنوان وسایل حمل احتمالی روی آوردند. آن‌ها به طور سیستماتیک از طریق این پروتئین‌ها در ژنوم انسان به دنبال پروتئین‌هایی بودند که بتوانند کپسول محافظ ایجاد کنند. در تجزیه و تحلیل اولیه خود، این تیم ۴۸ ژن انسانی را پیدا کرد که پروتئین‌ها را کد می‌کند و ممکن است این توانایی را داشته باشند. از این تعداد، ۱۹ پروتئین کاندید در موش و انسان وجود داشت. در رده سلولی تیم مورد مطالعه، PEG۱۰ به عنوان یک شاتل کارآمد برجسته شد. سلول‌ها به طور قابل توجهی بیشتر از سایر پروتئین‌های آزمایش شده ذرات PEG۱۰ را آزاد کردند. ذرات PEG۱۰ همچنین بیشتر حاوی mRNA خود هستند، که نشان می‌دهد PEG۱۰ ممکن است بتواند مولکول‌های RNA خاصی را بسته بندی کند.

توسعه یک سیستم مدولار

برای توسعه فناوری SEND، تیم توالی‌های مولکولی یا "سیگنال ها" را در mRNA PEG۱۰ که PEG۱۰ تشخیص می‌دهد و برای بسته بندی mRNA خود استفاده می‌کند، شناسایی کرد. سپس محققان از این سیگنال‌ها برای مهندسی PEG۱۰ و دیگر محموله‌های RNA استفاده کردند تا PEG۱۰ بتواند RNA‌های انتخابی را بسته بندی کند. در مرحله بعد، تیم کپسول PEG۱۰ را با پروتئین‌های اضافی به نام "فوزوژن" تزئین کرد که در سطح سلول‌ها یافت می‌شود و به آن‌ها کمک می‌کند تا با هم ترکیب شوند.

با مهندسی ترکیبات فوزوژن روی کپسول PEG۱۰، محققان باید بتوانند کپسول را به نوع خاصی از سلول، بافت یا اندام هدف قرار دهند. به عنوان اولین گام در جهت دستیابی به این هدف، تیم از دو فوزوژن مختلف، از جمله یکی در بدن انسان، برای تحویل محموله SEND استفاده کرد.

ژانگ می‌گوید: "با مخلوط کردن و تطبیق اجزای مختلف در سیستم SEND، ما معتقدیم که این یک بستر مدولار برای توسعه دارو‌های مختلف برای بیماری‌های مختلف فراهم می‌کند. "

پیشرفت ژن درمانی

سیستم SEND از پروتئین‌هایی تشکیل شده است که به طور طبیعی در بدن تولید می‌شوند، به این معنی که ممکن است پاسخ ایمنی را تحریک نکند. اگر این امر در مطالعات بیشتر نشان داده شود، محققان می‌گویند SEND می‌تواند فرصت‌هایی را برای ارائه ژن درمانی به طور مکرر با حداقل عوارض جانبی ایجاد کند. لاش می‌گوید: "فناوری SEND مکمل بردار‌های انتقال ویروسی و نانوذرات لیپیدی را افزایش می‌دهد تا جعبه ابزار روش‌های انتقال ژن و درمان‌های درمانی به سلول‌ها را گسترش دهد. "

در مرحله بعد، تیم SEND را روی حیوانات آزمایش می‌کند و سیستم را مهندسی می‌کند تا محموله را به انواع بافت‌ها و سلول‌ها برساند. آن‌ها همچنین به بررسی تنوع طبیعی این سیستم‌ها در بدن انسان برای شناسایی سایر اجزای قابل افزودن به پلت فرم SEND ادامه خواهند داد.

ژانگ می‌گوید: "ما هیجان زده ایم که این رویکرد را به جلو ادامه دهیم. درک اینکه ما می‌توانیم از PEG۱۰ و به احتمال زیاد سایر پروتئین‌ها برای مهندسی یک مسیر زایمان در بدن انسان برای بسته بندی و ارائه RNA جدید و سایر درمان‌های بالقوه استفاده کنیم، یک مفهوم واقعاً قدرتمند است. "

منبع: Technology.org