نانوذرات جدید، فناوری ویرایش ژن را مستقیماً به ریه‌ها منتقل می‌کنند

ایجاد درمان‌های موثر برای بیماری های ژنتیکی ریه مانند فیبروز کیستیک دشوار است. اما ممکن است آنچنان هم که قبلا فکر می‌کردیم طول نکشد، زیرا دانشمندان نوع جدیدی از نانوذره‌ها را توسعه می‌دهند که می‌تواند فناوری ویرایش ژن را مستقیماً به ریه‌های موش منتقل کند.

با نقشه‌برداری از ژنوم انسان و مطالعات جهش‌های ژنتیکی مسبب بیماری‌ها،  بسیاری از تحقیقات بر روی توسعه ژن‌درمانی متمرکز شده‌اند.

RNA پیام رسان (mRNA) یک عامل درمانی نسبتاً جدید است که برای پیشگیری و درمان برخی بیماری های ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد که حامل اطلاعات ژنتیکی است که سلول‌ها را برای ساخت پروتئین هدایت می‌کند

اما برای عملکرد مؤثر در بدن، mRNA به یک سیستم انتقال پایدار نیاز دارد که از تخریب محافظت شود و به آن اجازه دهد وارد سلول‌ها شود تا محموله‌های تغییر دهنده ژن خود را تحویل دهد. در این میان نانوذرات ابزارهای موثری برای انتقال mRNA هستند.

با این حال، انتقال نانوذرات mRNA چالش‌های خود را دارد. رساندن آن به قسمت صحیح بدن و اجتناب از تأثیر بر سایر اندام‌ها می تواند مشکل باشد. نانوذرات تزریقی قبلاً زمانی که در یک کره لیپیدی (چربی) محصور می‌شوندِ مؤثر بوده‌اند که از تخریب mRNA جلوگیری می‌کند و توانایی هدف‌گیری سلولی آن را بهبود می‌بخشد.

اما محققان MIT و دانشکده پزشکی دانشگاه ماساچوست نانوذره لیپیدی جدیدی ایجاد کرده‌اند که ریه‌ها را هدف قرار می‌دهد، جایی که می‌تواند mRNA  را تغییر دهد.

محققان نانوذراتی را ایجاد کردند که شامل یک گروه سر با بار مثبت است که به ذرات کمک می کند تا با mRNA با بار منفی تعامل کنند و یک دم لیپیدی بلند که به عبور ذرات از غشای سلولی به داخل سلول کمک می‌کند. دانشمندان قبل از شناسایی یک ساختار نانوذراتی که می تواند به ریه‌ها برسد، ۷۲ گروه سر و ۱۰ دم لیپیدی با ساختارهای شیمیایی مختلف را آزمایش کردند.

هنگامی که ساختار نانوذرات لیپیدی موثر پیدا شد، محققان آن را روی موش آزمایش کردند. آنها دریافتند که می توانند از این نانوذرات برای انتقال mRNA کد کننده اجزای ویرایش ژن CRISPR/Cas9 به ریه‌های حیوانات با استفاده از روشی به نام القای داخل تراشه – وارد کردن یک ماده به طور مستقیم به نای (نای) – استفاده کنند که امکان کنترل دوز بیشتر استنشاقی را فراهم می کند.

در مرجله آزمایش، اجزای  CRISPR/Cas 9 یک سیگنال توقف رمزگذاری شده ژنتیکی را قطع کردند، ژن یک پروتئین فلورسنت سبز را روشن کردند و به محققان اجازه دادند تا تعیین کنند چند درصد از سلول‌های ریه mRNA را با موفقیت بیان کردند.

محققان دریافتند که پس از یک دوز mRNA، حدود ۴۰ درصد از سلول های پوششی یا اپیتلیال ریه ترانسفکت شدند. ترانسفکشن فرآیند وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول است. دو دوز mRNA درصد را به بیش از ۵۰٪ و سه دوز به ۶۰٪ سلول‌های پوششی ریه رسید.

پس این لیپید می تواند محققان را قادر سازد که mRNA را بسیار موثرتر از هر سیستم تحویلی دیگری به ریه برساند.

استفاده از نانوذرات لیپیدی به جای آدنوویرویس‌ها (AAV)، وسیله دیگری که برای ارائه ژن درمانی استفاده می‌شود، یک مزیت متمایز ارائه کرد. در حالی که AAV موثر است، یک پاسخ ایمنی در بدن ایجاد می کند، بنابراین نمی‌توان آن را به طور مکرر روی یک فرد استفاده کرد. نانوذرات لیپیدی آن پاسخ ایمنی را ایجاد نمی‌کنند، بنابراین در صورت نیاز می توان چندین دوز تجویز کرد.

محققان همچنین دریافتند که نانوذرات جدید به سرعت شکسته شده و ظرف چند روز از ریه‌ها پاک می شوند و در نتیجه خطر التهاب را کاهش می دهند. توسعه آنها می تواند در آینده برای اصلاح جهش ژنتیکی که باعث فیبروز کیستیک و سایر بیماری های ژنتیکی ریه می شود مورد استفاده قرار گیرد.

این تیم تحقیقاتی در حال کار بر روی پایدارتر کردن نانوذرات جدید هستند تا بتوان آنها را از طریق یک نبولایزر و همچنین واکسن mRNA استنشاقی استفاده کرد.

این مطالعه در مجله Nature Biotechnology منتشر شد.