רוב הטיפולים הגנטיים המאושרים כיום, כולל אלו הכוללים CRISPR-Cas9, מפעילים את הקסם שלהם על תאים שהוסרו מהגוף, ולאחר מכן התאים הערוכים מוחזרים למטופל.
טכניקה זו אידיאלית למיקוד תאי דם והיא כיום השיטה המופעלת בטיפולי גנים CRISPR שאושרו לאחרונה למחלות דם כמו אנמיה חרמשית, שבה תאי דם ערוכים מוכנסים מחדש לחולים לאחר שמוח העצם שלהם הושמד על ידי כימותרפיה.
שיטת משלוח חדשה, ממוקדת דיוק עבור CRISPR-Cas9, שפורסמה ב-11 בינואר בכתב העת טבע ביוטכנולוגיה, מאפשר עריכת גנים על תת-קבוצות מאוד ספציפיות של תאים בעודם בגוף -; צעד לקראת שיטת מסירה ניתנת לתכנות שתבטל את הצורך למחוק את מח העצם ואת מערכת החיסון של החולים לפני שתעניק להם תאי דם ערוכים.
שיטת המסירה, שפותחה באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, המעבדה של ג'ניפר דודנה, ממציאה שותפה לעריכת הגנום CRISPR-Cas9, כוללת עטיפה של חלבוני העריכה Cas9 ו-RNA מדריכים בבועת ממברנה שקושטה בחתיכות של נוגדנים חד שבטיים. שמתייחסים לסוגים ספציפיים של תאי דם.
כהדגמה, ג'ניפר המילטון, חוקרת CRISPR במעבדת Doudna במכון הגנומיקה החדשנית (IGI), כיוונה לתא של מערכת החיסון -; תא T -; שהיא נקודת המוצא לטיפול מהפכני בסרטן הנקרא טיפול בתאי T כימרי אנטיגן קולטן (CAR). המילטון ועמיתיה טיפלו בעכברים חיים שצוידו במערכת חיסונית מואנשת והפכו את תאי ה-T האנושיים שלהם לתאי T מסוג CAR המסוגלים להתכנס ולחסל סוג אחר של תא חיסון, תא B.
ההישג היה הוכחה לעיקרון, אמר המילטון, והראה את הפוטנציאל להשתמש בשיטת הספק הזו -; רכבי משלוח עטופים -; למקד ולערוך תאי דם וסוגים אחרים של תאים בבעלי חיים חיים (in vivo) ובסופו של דבר, בני אדם.
"הגישה שלנו כוללת ריבוי מולקולות מיקוד, כלומר שיש שתי מולקולות מיקוד או יותר על החלקיקים שלנו שמקיימות אינטראקציה עם תא המטרה שלהם בדומה לשער AND במחשב", אמר המילטון, בהתייחס למעגלים לוגיים שפועלים רק כאשר מתרחשים שני אירועים. בּוֹ זְמַנִית. "הצלחנו להגיע לאספקה יעילה יותר כאשר החלקיקים נקשרו באמצעות שתי אינטראקציות ליגנד נוגדנים. לאחר טיפול בעכברים עם וקטורים ממוקדי תאי T, צפינו בהנדסת גנום בסוג התא שלנו, תאי T, ולא בהפטוציטים בכבד. ."
מיקוד ספציפי מאוד קשה לכל השיטות להעברת גנים לתאים, אמרה. תאי כבד, במיוחד, תופסים לעתים קרובות רכבי משלוח המופנים למקום אחר.
מעטפות ויראליות
המילטון והצוות שלה חוקרים אחת מכמה טכניקות ניסיוניות למתן טיפולים גנטיים. רבים מעסיקים את המעיל החיצוני של וירוסים מובלעים -; הנגיפים מתרוקנים וממולאים בטרנסגנים מתקינים או בכלים לעריכת גנים כגון CRISPR-Cas9. שיטות אחרות, כולל אחת שנחקרה על ידי חוקרים ב-IGI, מסתמכות על הזרקה ישירה של חלבוני Cas9 חודרים לתאים לעכברים כדי להשיג עריכת גנום.
המילטון, שחקרה וירוסים עטופים כמו שפעת לצורך הדוקטורט שלה, התמקדה בהנדסת מחלקה זו של וירוסים מכיוון שיש להם מעטה חיצונית גמישה יותר, המורכבת מהקרום החיצוני של התא שממנו הם ניצחו.
בפרסום משנת 2021, היא הדגימה שהמעטפת החיצונית של נגיף HIV-1, שנמחקה והתמלאה ב-Cas9 והיא כינתה חלקיק דמוי נגיף (VLP), יכולה לערוך תאי T בתרבית (ex vivo) והמיר אותם לתאי CAR T. מאז, היא שינתה את המעטפה הוויראלית עד כדי כך שהיא מתייחסת אליהם כעת כרכבי משלוח עטופים, או EDVs.
היבט מרכזי אחד של EDVs הוא שניתן לקשט את המעטפות החיצוניות שלהם בקלות עם יותר משבר נוגדן אחד או ליגנד מיקוד, מה שמשפר מאוד את סגוליות המיקוד. כלי העברת גנים אחרים, כמו וירוסים הקשורים לאדנו וננו-חלקיקים של שומנים, הוכיחו את עצמם שקשה יותר למקד אותם במדויק.
ישנם מאמצים למקד מחדש את כל הווקטורים הללו כדי שיהיו ספציפיות כלפי סוג תא אחד ולבטל את המיקוד שלהם כנגד מסירה לסוגי תאים אחרים. אתה יכול להציג נוגדנים או שברי נוגדנים, כמו מה שעשינו, אבל הספיגה בתאי אורח עדיין די גבוהה. אתה יכול להטות את המסירה לסוג תא אחד, אבל אתה עדיין יכול לראות קליטה בתאי אורח. בעיתון שלנו, בעצם הסתכלנו בכבד כדי לראות אם אנחנו מקבלים משלוח מחוץ למטרה ולא ראינו אף אחד. אני חושב שזה יהיה יותר מאתגר להשיג את זה עם וקטור ויראלי או ננו-חלקיק שומנים מסורתיים יותר ללא מעטפת".
ג'ניפר המילטון, חוקרת CRISPR במעבדת Doudna, Innovative Genomics Institute (IGI)
בעיתון, המילטון ועמיתיה ביקשו לשכפל in vivo an ex vivo טיפול בתאי T של CRISPR CAR ניתן בהצלחה לחולי סרטן שדווחו ב מַדָע בשנת 2020. הטיפול הזה לא רק סיפק טרנסגן לקולטן המכוון לתאים סרטניים, אלא גם דפק, באמצעות CRISPR, קולטנים שאינם מכוונים לסרטן.
חוקרי UC Berkeley הצליחו לדפוק את הקולטן המקורי של תאי T ולהעביר טרנסגן לקולטן שכוון לתאי B -; פרוקסי לתאים סרטניים. מכיוון שחלבון Cas9 נמסר יחד עם הטרנסגן בתוך אותו EDV, היה לו תוחלת חיים קצרה יותר משיטות המספקות גן Cas9, שמתורגם לפחות עריכות מחוץ למטרה.
"מה שניסינו להשיג במאמר הזה," אמר המילטון, "הוא דילוג על כל השלב הזה של הצורך להנדס תאים מחוץ לגוף. מטרתנו הייתה לנהל באופן סיסטמי וקטור יחיד שיעשה גם מסירת גנים וגם נוק-אאוט של גנים ספציפית. סוגי תאים בתוך הגוף. השתמשנו באסטרטגיית מסירה זו כדי ליצור תאי CAR T ערוכים בגנים in vivoבתקווה שנוכל לייעל את התהליך המורכב המשמש לייצור תאי CAR T ערוכים בגנים ex vivo."
Doudna והמעבדה שלה ממשיכות לשפר את היעילות של משלוח בתיווך EDV. המילטון, לשעבר חוקר פוסט-דוקטורט במעבדה של Doudna, ממשיך לפתח את שיטת הלידה הזו כעמית בתוכנית Women in Enterprising Science של IGI. הסיבה האולטימטיבית של המעבדה להתמקדות בוקטורים שעובדים in vivo היא להפוך את טיפולי CRISPR לזמינים וזולים יותר. במאמר אחרון במגזין Wired התייחס Doudna לחוסר השוויון של הטיפולים הגנטיים היקרים של ימינו, בין השאר בשל אשפוזים ממושכים הנדרשים כאשר חולה עובר השתלת מח עצם.
"הטיפול במחלת תאי חרמש צפוי לעלות מעל 2 מיליון דולר לחולה, ורק למספר קטן של מתקנים בארה"ב יש את היכולת הטכנולוגית לספק זאת", כתבה דודנה, שחלקה את פרס נובל לכימיה לשנת 2020 עבור שותפתה. -המצאה של עריכת גנום CRISPR-Cas9. "טכנולוגיות חדשות מאפשרות in vivo אספקת טיפולים לעריכת גנים וייצור משופר יהיו המפתח להורדת המחירים, וכך גם שותפויות ייחודיות בין אוניברסיטאות, ממשלה ותעשייה, שהביאו יחד עם עלות סבירות כמטרה משותפת. זה לא מספיק פשוט להכין את הכלים. עלינו להבטיח שהם יגיעו לאלה שהכי זקוקים להם".
בנוסף להמילטון ודודנה, מחברות שותפות נוספות של המאמר הן אוולין צ'ן, ברברה פרז, סינדי סנדובל אספינוזה, מין היונג קאנג ומארנה טרינידד, כולן קשורות למחלקה לביולוגיה מולקולרית ותאית של IGI ושל UC ברקלי, וויין נגו. של מכוני גלדסטון בסן פרנסיסקו.
המימון ניתן על ידי המכון הלאומי לבריאות (RM1HG009490, U01AI142817-02, U19 64542, 64340), משרד האנרגיה של ארה"ב (63645), Emerson Collective והמכון הרפואי הווארד יוז. המילטון נתמך על ידי המכון הלאומי למדעי הרפואה הכלליים (K99GM143461-01A1) וקרן הזיכרון של ג'יין קופין צ'יילדס למחקר רפואי.
