یک دستاورد جدید در تحقیقات ژنتیکی ابزاری را معرفی کرده که توانایی انتقال مواد ژنتیکی درمانی به سلول‌های مغزی جنین در حال رشد را دارد و احتمالاً می‌تواند اختلالات ژنتیکی عصبی-رشدی را پیش از تولد متوقف کند.
این روش نوآورانه توسط تیمی به سرپرستی آیجون وانگ، استاد جراحی و مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، توسعه یافته و به طور موفقیت‌آمیز روی موش‌ها آزمایش شده است. این روش می‌تواند برای بیماری‌هایی مانند سندرم آنجلمن و رت مورد استفاده قرار گیرد.
وانگ در این باره گفت: “پیامدهای این ابزار برای درمان شرایط عصبی-رشدی عمیق است. ما می‌توانیم ناهنجاری‌های ژنتیکی را در سطح بنیادی و در طول دوره‌های بحرانی رشد مغز اصلاح کنیم.”
این مطالعه که در مجله ACS Nano منتشر شده است، از سیستم تحویلی مبتنی بر نانوذرات لیپیدی (LNP) استفاده می‌کند که RNA پیام‌رسان (mRNA) را به سلول‌های جنینی انتقال می‌دهد و امکان مداخله زودهنگام برای اختلالات ژنتیکی که در آزمایشات پیش از تولد شناسایی می‌شوند را فراهم می‌کند.
انتقال مواد برای اصلاح ژن‌های معیوب
محور اصلی این ابزار ویرایش ژن جدید، استفاده از LNPها برای انتقال mRNA است که دستورالعمل‌هایی برای تولید پروتئین‌های ضروری را حمل می‌کند. در بسیاری از اختلالات ژنتیکی، جهش ژن باعث تولید غیرعادی پروتئین می‌شود که به فرآیندهای سلولی ناکارآمد منجر می‌شود.
با انتقال mRNA که به پروتئین‌های عملکردی تبدیل می‌شود، LNPها راهی برای رفع مستقیم این نقص‌های ژنتیکی در سلول‌های مغزی جنین ارائه می‌دهند.
همان‌طور که وانگ و همکارانش توضیح دادند، LNPهایی که mRNA را حمل می‌کنند از طریق فرآیند اندوسیتوز وارد سلول‌ها می‌شوند. درون سلول، یک “اتصال‌دهنده قابل تجزیه در محیط اسیدی” نوآورانه، به سرعت باعث تجزیه LNP شده و mRNA را آزاد می‌کند.
نیرن مورتی، استاد مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه برکلی و یکی از محققین این پروژه گفت: “LNPهای توسعه‌یافته در این مطالعه از یک اتصال‌دهنده تجزیه‌پذیر در محیط اسیدی جدید استفاده می‌کنند که امکان تجزیه سریع LNPها را درون سلول‌ها فراهم می‌کند. این اتصال‌دهنده جدید همچنین امکان کاهش سمی بودن LNPها را فراهم کرده است.”
غلبه بر چالش‌ها برای اصلاح ژن‌ها
این نوآوری یک چالش بزرگ در درمان مبتنی بر mRNA را رفع می‌کند: سمی بودن. بدون کارایی بالا، نیاز به دوزهای بیشتری بود که ممکن بود واکنش ایمنی مضری را برانگیزد.
وانگ گفت: “بزرگ‌ترین چالش برای انتقال mRNA به سیستم عصبی مرکزی تا کنون، سمی بود که منجر به التهاب می‌شود.” با این حال، نتایج مطالعه نشان داد که LNPها mRNA را به طور مؤثر منتقل کرده و نیاز به دوزهای سمی را کاهش می‌دهند.
تیم تحقیقاتی از روش LNP برای انتقال mRNA که پروتئین CAS9 – پروتئینی که در فناوری ویرایش ژن CRISPR استفاده می‌شود – را رمزگذاری می‌کند، به مغز موش‌های جنین استفاده کردند.
اصلاح ژن‌های معیوب به‌طور زودهنگام
این رویکرد که بر روی سندرم آنجلمن متمرکز بود، تلاش کرد تا قبل از تشکیل سد خونی-مغزی در مغز مداخله کند و از این طریق دسترسی و کارایی بیشتری در اصلاح نقص‌های ژنتیکی به دست آورد.
CAS9 مانند قیچی‌های مولکولی عمل کرده و DNA را به طور دقیق برای اصلاح جهش‌های خاص ویرایش می‌کند.
وانگ توضیح داد: “mRNA مانند یک دفترچه راهنماست که دستورالعمل‌های لازم برای کنار هم گذاشتن قطعات برای تشکیل پروتئین‌های عملکردی را دارد. خود سلول همه قطعات لازم برای ساخت CAS9 را دارد. ما فقط باید توالی mRNA را فراهم کنیم و سلول آن را گرفته و به پروتئین‌ها ترجمه می‌کند.”
کارایی بالا در تغییر سلول‌های مغزی
با پیگیری دقیق، محققان ویرایش گسترده‌ای را در سلول‌های مغزی در حال رشد در مدل موش مشاهده کردند. آنها به ویرایش 30 درصد از ژن در سلول‌های بنیادی مغزی دست یافتند، که نتیجه‌ای قابل‌توجه است زیرا این سلول‌ها به انواع مختلفی از نورون‌ها در سراسر مغز تمایز می‌یابند.
وانگ گفت: “ترانسفکت کردن 30 درصد از کل مغز، به‌ویژه سلول‌های بنیادی، دستاورد بزرگی است. این سلول‌ها با رشد جنین در سراسر مغز پخش می‌شوند.”
با پیشرفت رشد، این سلول‌های بنیادی در سراسر مغز حرکت کرده و منجر به موفقیت‌آمیز بودن انتقال ژن در بیش از 60 درصد نورون‌های هیپوکامپ و 40 درصد نورون‌های کورتکس شدند.
وانگ توضیح داد: “این روش برای شرایط ژنتیکی مؤثر بر سیستم عصبی مرکزی بسیار امیدوارکننده است. هنگامی که نوزادان به دنیا می‌آیند، بسیاری از نورون‌ها می‌توانند اصلاح شده باشند. این بدان معناست که نوزاد می‌تواند بدون علائم به دنیا بیاید.”
نتایج مثبت برای ژن‌های معیوب
وانگ و تیم او پیش‌بینی می‌کنند که کارایی این مداخله ژنتیکی در مدل‌هایی که بیماری فعالانه در حال پیشرفت است حتی بیشتر باشد.
او توضیح داد: “نورون‌های معیوب با جهش ممکن است به دلیل تجمع علائم بیماری از بین بروند و نورون‌های سالم باقی مانده و تکثیر شوند. این ممکن است به کارایی درمانی بیشتر منجر شود.”
وانگ افزود که درک بیشتر از مکانیسم‌های سلولی می‌تواند این روش را بهینه کرده و با مسیرهای ترمیم طبیعی سلولی هماهنگ سازد.
در نهایت، این مطالعه گامی پیشگامانه در درمان‌های پیش از تولد مبتنی بر ژنتیک است. با تحقیقات بیشتر، این روش می‌تواند درمان اختلالات ژنتیکی عصبی-رشدی را متحول کرده و امیدی برای خانواده‌ها فراهم آورد و مسیرهای جدیدی برای مداخله پزشکی در ابتدایی‌ترین مراحل زندگی ایجاد کند.
