במאמץ לשפר את מתן טיפולים רפואיים יקרים, צוות חוקרים בהנדסת חשמל מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון פיתח שיטה מעוררת שיכולה להפוך את גוף האדם לקלוט יותר לטיפולים גנים מסוימים.
החוקרים חשפו תאי כבד לפולסים חשמליים קצרים -; והזיפים העדינים הללו גרמו לתאי הכבד לקלוט יותר מפי 40 מכמות החומר של ריפוי גנטי בהשוואה לתאים שלא נחשפו לשדות חשמליים מפעימים. השיטה יכולה לעזור להפחית את המינון הדרוש לטיפולים אלו, ולהפוך אותם לבטוחים ובמחיר סביר הרבה יותר. המחקר מופיע ב-30 באפריל בכתב העת PLOS ONE.
ריפוי גנטי הוא טכנולוגיה רפואית מבטיחה: על ידי החלפה, שינוי או הכנסת חומר גנטי חדש לתאי המטופל, רופאים עשויים לרפא או לפצות על מחלות גנטיות, כולל סיסטיק פיברוזיס, מחלת חרמש, המופיליה וסוכרת.
אחד מצווארי הבקבוק בריפוי גנטי, לעומת זאת, הוא הכנסת המינון הנכון של חומר גנטי לתאי המטרה. המחקר של UW–Madison מציע שהפעלת שדה חשמלי מתון, שלא הותיר נזק מתמשך לתאים שקיבלו אותו, יכולה לעזור ביצירת טיפולים יעילים יותר.
הפרויקט החל לפני כמעט עשור עם הנס סולינגר, מנתח השתלות בעל שם עולמי ב-UW–Madison. הוא פיתח טיפול ריפוי גנטי לסוכרת מסוג 1, מחלה אוטואימונית שתוקפת את הלבלב, האיבר המייצר אינסולין.
אסטרטגיית הטיפול של סולינגר סיפקה את הקוד הגנטי לייצור אינסולין לתאי כבד באמצעות וירוס הקשור לאדרנו המסייע בהעברת הגנים הטיפוליים על פני קרום התאים. לאחר מכן ה-DNA הזה יכול להתמקם בתאי כבד, לייצר אינסולין מבלי להיות מותקף על ידי מערכת החיסון בלבלב.
בעוד שלסולינגר הייתה הוכחה לרעיון שהטיפול עובד, הוא האמין שעתיד הטיפול תלוי בלידה. הוא פנה לסוזן האגנס וג'ון בוסק, שניהם פרופסורים להנדסת חשמל ומחשבים מאוניברסיטת UW-Madison, בעלי ניסיון בטיפול בתאים אנושיים בפולסים חשמליים.
מה שהתחלנו לדבר עליו זה משלוח מקומי וממוקד והאם יש דרך להכניס את ה-DNA הטיפולי ישירות לכבד מבלי להעביר אותו דרך כל הגוף ולהפעיל את מערכת החיסון. והאם נוכל להשתמש בפולסים חשמליים כדי להפוך את תהליך האספקה הזה ליעיל יותר ולהפחית באופן דרמטי את המינון הדרוש".
סוזן האגנס, פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת UW–Madison
חוקרים גילו בעבר שחשיפת תאים לשדות חשמליים יכולה לעתים קרובות להגביר את יכולתן של מולקולות לנוע דרך קרום התא אל פנים התא. לכן, במחקר האחרון הזה, תלמיד הדוקטורט Yizhou Yao ביקש לקבוע אם הטכניקה תגביר את חדירת חלקיקי הנגיף לתאי הכבד.
באמצעות תאי הפטומה אנושיים, מערכת מודל לחקר הכבד, חשף יאו קבוצות של התאים לריכוזים שונים של חלקיקי וירוס הריפוי הגנטי המכילים חלבון ירוק פלואורסצנטי. היא השתמשה בזוג אלקטרודות כדי להעביר דופק חשמלי של 80 מיליסניות לכמה דגימות, ואז הדגרה את כל התאים במשך 12 שעות.
כאשר היא בחנה את התוצאות 48 שעות לאחר מכן תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי, יאו גילתה שרק אחוז קטן מהתאים שיש להם לֹא קיבל את הפולסים החשמליים זהרו בירוק. בניגוד מוחלט, התאים האלה היה קיבל זאפ שנצבר בערך פי 40 מכמות החלבונים הירוקים הפלורסנטים שמועבר על ידי הנגיף.
בעוד שהתוצאות סיפקו הוכחות משכנעות לכך שהפולסים עזרו להקל על חדירת הנגיף לדפנות התא, בוסקה אומר שהצוות עדיין לא גילה כיצד בדיוק התהליך עובד ברמה המולקולרית.
"יש מספיק ידוע על פעימות חשמליות, כך שלדעתי נוכל לקבוע בביטחון שהוא פותח ננו-נקבים דרך קרום התא", הוא אומר. "אבל אז יאו קיבל את התוצאה המדהימה הזו, והתברר לנו שחלקיקי הווירוס הם בדרך כלל גדולים ומורכבים יותר מחלקיקים מולקולריים חשופים וכבר יש להם דרך משלהם להיכנס לתוך התאים. אז, אנחנו לא באמת יודעים אם זה פתיחת הנקבוביות שקשורה אליה במישרין או בעקיפין."
סולינגר הלך לעולמו במאי 2023, אך הצוות אומר שהמורשת שלו תמשיך לחיות דרך המחקר המתמשך על הפרויקט הזה ועבודתן של קבוצות אחרות. חוקרי הנדסת החשמל ממשיכים את הצעדים הבאים במימון חיצוני והם אופטימיים שבסופו של דבר הטכניקה תתורגם לניסויים קליניים.
יאו, שתסיים את לימודיה ב-2024, אומרת שהיא ידעה שהמחקר יהיה טרנס-דיסציפלינרי, אבל לא הבינה עד כמה רחוק זה יגיע.
"אני מהנדסת חשמל בהכשרתי, ואין לי רקע ביולוגי", היא אומרת. "לפני זה, הפעם האחרונה שהשתמשתי במיקרוסקופ הייתה בתיכון. זו הייתה עקומת למידה די תלולה, ללמוד לתרבת תאים ולבצע פרוטוקולים של ביולוגיה. אבל מאוד נהניתי מהפרויקט הזה ואהבתי את המטרה הסופית שלו, שהיא ליצור העולם מקום טוב יותר".
