Novi pristup genetskom inženjeringu ćelija obećava značajna poboljšanja u brzini, efikasnosti i smanjenju ćelijske toksičnosti u poređenju sa trenutnim metodama. Pristup bi takođe mogao da pokrene razvoj naprednih ćelijskih terapija za rak i druge bolesti, prema studiji istraživača sa Medicinskog fakulteta Perelman na Univerzitetu u Pensilvaniji.
U studiji, koja se pojavila ove nedelje u Nature Biotechnology, istraživači su otkrili da se fragmenti proteina koje koriste neki virusi da im pomognu da uđu u ćelije takođe mogu da se koriste da bi se CRISPR-Cas molekuli za uređivanje gena ubacili u ćelije i njihova jezgra koja sadrže DNK sa izuzetno visokim efikasnost i niska ćelijska toksičnost.
Naučnici očekuju da će nova tehnika biti posebno korisna za modifikovanje T ćelija i drugih ćelija iz sopstvenog tela pacijenta kako bi se napravile ćelijske terapije. Jedna takva primena mogla bi biti terapija CAR T (himerni antigen receptor T ćelija), koja koristi specijalno modifikovane imune ćelije pacijenta za lečenje raka. T ćelije – vrsta belih krvnih zrnaca – uklanjaju se iz pacijenta i reprogramiraju da pronađu i napadnu ćelije raka kada se ponovo uvedu u krvotok.
Prva CAR T terapija koju je odobrila FDA razvijena je u Penn Medicine-u i dobila je odobrenje Uprave za hranu i lekove 2017. U Sjedinjenim Državama sada postoji šest CAR T ćelijskih terapija koje je odobrila FDA. Terapije su napravile revoluciju u lečenju određenih leukemija B ćelija, limfoma i drugih karcinoma krvi, stavljajući mnoge pacijente koji su inače imali malo nade u dugoročnu remisiju.
„Ovaj novi pristup—nadovezujući se na istoriju inovacija u ćelijskoj i genskoj terapiji Penn Medicine—ima potencijal da bude glavna tehnologija koja omogućava projektovane ćelijske terapije“, rekao je ko-stariji autor E. John Vherri, dr., Richard i Barbara Uvaženi predsednik Šifrina i predsedavajući Sistemske farmakologije i translacione terapije u Pen Medicine.
CRISPR-Cas molekuli su izvedeni iz drevne bakterijske antivirusne odbrane i dizajnirani su da precizno uklone DNK na željenim lokacijama u genomu ćelije. Neki sistemi zasnovani na CRISPR-Cas kombinuju brisanje stare DNK sa umetanjem nove DNK za raznovrsno uređivanje genoma. Ovaj pristup se može koristiti za zamenu neispravnih gena ispravljenim ili za brisanje ili modifikovanje gena da bi se poboljšala ćelijska funkcija. Neki sistemi takođe mogu da dodaju gene koji daju nova svojstva CAR T ćelijama, kao što je sposobnost da prepoznaju tumore ili izdrže oštro tumorsko mikrookruženje koje normalno iscrpljuje T ćelije.
Iako se CRISPR-Cas sistemi već naširoko koriste kao standardni laboratorijski alati za molekularnu biologiju, njihova upotreba u modifikaciji ćelija pacijenata da bi se napravile terapije zasnovane na ćelijama je ograničena – delimično zato što CRISPR-Cas molekuli mogu biti teško da uđu u ćelije, a zatim u jedra ćelija koja sadrže DNK.
„Sadašnje metode uvođenja CRISPR-Cas sistema u ćelije, koje uključuju upotrebu virusa-nosaca i električnih impulsa, su neefikasne za ćelije koje se uzimaju direktno od pacijenata (koje se nazivaju primarne ćelije). Ove metode takođe obično ubijaju mnoge ćelije na kojima se koriste , i čak može da izazove široke neželjene promene u aktivnosti gena“, rekla je ko-stara autorka Shellei L. Berger, dr, profesor na Univerzitetu Daniel S. Och u ćelijskoj i razvojnoj biologiji i genetici i direktor Instituta za epigenetiku Penn.
U studiji, istraživači su istraživali upotrebu malih fragmenata proteina dobijenih od virusa, nazvanih peptidi, za efikasnije pilotiranje CRISPR-Cas molekula kroz spoljašnje membrane primarnih ljudskih ćelija i u njihova jezgra. Značajno, istraživači su otkrili da fuzionisana kombinacija dva modifikovana peptida – jedan koji se nalazi u HIV-u i jedan u virusima gripa – može da se pomeša sa CRISPR-Cas molekulima da bi se uneli u primarne ljudske ili mišje ćelije i njihova jezgra sa efikasnošću do skoro 100 procenat, u zavisnosti od tipa ćelije—bez gotovo nikakve toksičnosti ili promena u ekspresiji gena.
Tim je demonstrirao pristup, koji nazivaju PAGE (uređivanje genoma uz pomoć peptida), za nekoliko tipova zamišljene ćelijske terapije uključujući CAR T ćelijske terapije.
Pored njegove potencijalne upotrebe u ćelijskoj i genskoj terapiji, autori primećuju da bi PAGE pristup mogao da ima široku primenu u osnovnim naučnim istraživanjima. Neefikasnost standardnih CRISPR-Cas metoda penetracije u ćelije znači da uređivanje gena za kreiranje mišjih modela bolesti obično zahteva višestepeni, dugotrajan proces generisanja transgenih miševa — da bi se mašinerija za uređivanje gena uvela u njihovu DNK. Nasuprot tome, PAGE sa svojom visokom efikasnošću i niskom toksičnošću može omogućiti brzo, efikasno i jednostavno uređivanje gena kod običnih laboratorijskih miševa.
„Jednostavnost i moć koncepta peptidne pomoći sugeriše da bi on potencijalno mogao biti prilagođen u budućnosti za isporuku u primarne ćelije drugih proteina za uređivanje genoma, ili čak lekova zasnovanih na proteinima“, rekao je ko-stariji autor Junvei Ši, dr., docent biologije raka i član Instituta za epigenetiku Penn i Instituta za istraživanje raka porodice Abramson.
Studija je bila saradnja koja je uključivala laboratorije Penn koautora Rahula Kohlija, MD, Ph.D., vanrednog profesora za infektivne bolesti i biohemije i biofizike, i koautora Gerda Blobela, MD, dr. Frank E. Veise III Profesor pedijatrije i ko-direktor Instituta za epigenetiku.
