במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת תקשורת טבע, חוקרים בארצות הברית חקרו את היתרונות של קצף נוזלי כחלופה לסוכני אספקת גנים קונבנציונליים מבוססי נוזל. הם ניגשו לבטיחות, למעשיות ולנגישות (כולל עלות) של הווקטורים החדשים הללו. הממצאים שלהם מדגישים שקצף נוזלי המורכב מתילצלולוזה ומסטיק קסנטן (שניהם מאושרים על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA)) כבטוח לשימוש אנושי) הציג שיפור ביעילות ההעברה בין פי 2.9 ל-384 ביחס לגישות המבוססות על נוזלים במסירת גנים לא ויראליים למערכות מודל של עכברים.
יחד, הם מעריכים כי וקטורים מבוססי קצף יכולים להתעלות על אלו המבוססים על נוזלים על ידי מניעת דליפת מטען ה-DNA של הווקטור לתאים שאינם מטרה (מעשיות), יכולים להוזיל את עלות הטיפול פי עשרה או יותר (עלות ונגישות), וכן יכול להגן על הווקטור מהמערכת החיסונית המארח (בטיחות), ובכך למנוע רעילות או אונקוגנזה בתיווך מערכת החיסון (חששות נפוצים בגישות קונבנציונליות מבוססות וקטור נוזלי).
איור סכמטי המתאר כיצד קצף ריפוי גנטי מוכן טרי ומיושם באופן טיפולי כדי לספק חומר גנטי חדש או לשנות DNA קיים בתאים. א וקטור לא ויראלי או ויראלי (תרפיוטי) מתווסף למבשר הקצף במזרק המחובר למזרק שני מלא באוויר. מבשר האוויר והקצף מעורבבים על ידי משיכה נמרצת של בוכנות המזרק הלוך ושוב לפחות 30 פעמים, ויוצרים מיקרו-קצף אחיד המורכב מבועות גז המופרדות על ידי רשת של מבני סרט נוזלי המחוברים זה לזה הנקראים למלות. וקטורים של ריפוי גנטי מרוכזים בשלב נוזלי זה כשהקצף מתבגר. ב לאחר היישום על הרקמה, הקצף פורס בהדרגה את המטען הטיפולי שלו ומספק חומר גנטי חדש או משנה את ה-DNA האנדוגני בתא המטרה. לימוד: קצף נוזלי משפר את העוצמה והבטיחות של וקטורים של ריפוי גנטי
מהם קצפים, וכיצד הם יכולים להועיל לרפואה?
קצף הם חומרים הנוצרים על ידי פיזור קולואידי של חבילות אוויר הכלואות בתוך שכבות נוזליות או מוצקות (הנקראות 'למלות'), כאשר ספוגי אמבטיה וראש (קצף) של בירה הם דוגמאות נפוצות. חוקרים רפואיים מתעניינים בקצף (במיוחד בקצף על בסיס נוזל) כמערכות למתן תרופות בשל התכונות הפיזיקליות-כימיות הייחודיות שלהן – נפחי הגזים הגדולים שלהם משובצים בלמלות נוזליות בנפח נמוך מבטיחים שהמטלות הטיפוליות שלהן מרוכזות בלמלות. זה, בתורו, מספק לחומרים אלה את היתרונות של יציבות גבוהה, אספקת תרופות מתמשכת באתר היעד ודליפה נמוכה עד ללא דליפה של הסוכן הטיפולי לרקמה שאינה מטרה.
סכמטי המסביר את היתרונות העיקריים של קצף כמערכת אספקת גנים בהשוואה לניסוחים נוזליים קונבנציונליים. א קצף הוא בעיקר גז, כך שחלקיקי הווקטור המוטבעים מתרכזים מאוד ברכיב הנוזלי שלו, מה שמבטיח חשיפה בצפיפות גבוהה של רקמת המטרה לוקטור הריפוי הגנטי. ב הקצף נשאר באתר היישום זמן רב יותר, ובכך משפר את האספקה של תרופת הריפוי הגנטי לתאים המיועדים וממזער השפעות לא רצויות מחוץ למטרה. ג צפיפות וקטור גבוהה יותר בשילוב עם זמן מגע ארוך יותר מביאה לשיעורי טרנספקציה גבוהים יותר ולחדירת רקמות עמוקה יותר.
לאור יתרונות אלו, מספר גדל והולך של טיפולים מבוססי קצף (למשל, Varithena®, Uceris® או Luxiq®) נכנסו לשוק הקליני. יש לציין כי מוצרים אלו אושרו כבטוחים לשימוש אנושי (על ידי מינהל המזון והתרופות של ארצות הברית (ארה"ב) (FDA)). באופן מעודד, ניסויים קליניים שחקרו השוואת יעילות בין קצפים אלו לבין תרופות קונבנציונליות מבוססות נוזל גילו שהראשון עולה על השני במידה כזו שברוב התחומים הרפואיים שבהם נעשה שימוש בקצף, חומרי מתן התרופות החדשים הללו החליפו למעשה. עמיתיהם הנוזלים.
למרות היתרונות המשמעותיים הללו והפופולריות הגוברת שלהם בתעשיות התרופות והקוסמטיקה, סוכני מסירה וקטורים מבוססי קצף לא נחקרו באופן מפתיע עבור יישומים קליניים של ריפוי גנטי. ככל שהגל הראשון של תרופות מתקנות גנים מתחיל להגיע לחולים, המגבלות של הווקטורים הנוזליים שלהן הופכות ברורות יותר – חומרים מבוססי נוזלים נוטים לדליפה של רקמות, ולעתים קרובות זולגים לרקמה שאינה מטרה.
זה מציג בעיות רבות, כולל 1. היצרנים מגדילים בכוונה את ריכוזי התרופות (כדי לקחת בחשבון את הדליפה). דבר זה, בתורו, מעלה משמעותית את המחירים של התרופות החדישות והיקרות במיוחד, ומצמצם את הנגישות שלהן לציבור הרחב. 3. מתן טיפולי גנים ספציפיים מאוד לסוג התא לרקמות שאינן מטרה ידוע כגורם לרעילות מתווכת מערכת החיסון או לאונקוגנזה, המשפיעה על בטיחות התרופה.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, חוקרים חוקרים אם היתרונות הייחודיים ולעיתים יוצאי דופן של וקטורים למתן תרופות מבוססי-קצף מגיעים לטיפולים גנטיים, במיוחד מהעדשות של בטיחות, יעילות ועלות/נגישות. הם מעריכים מספר רב של מועמדי קצף שאושרו על ידי ה-FDA לשימושם כווקטורים, בעיקר מתילצלולוזה, נתרן קזינט ואלבומין בסרום אנושי. כדי להגביר את היציבות והביצועים של מועמדים אלה, נוספה קסנתן מסטיק לכל אחד מהם.
הם בדקו את התרופות הפוטנציאליות הללו במתן וקטור לא ויראלי (שינוי של חיסון ה-mRNA של Moderna COVID-19, שבו אנטיגן ה-mRNA הוחלף ב-mRNA של גחלילית לוציפראז) בעלות משמעות קלינית in vivo מערכות מודל עכבריות (עכברי נקבות לבקן B6 בנות ארבעה עד שישה שבועות).
"התאים הודגרו עם מתלי LNP או קצף LNP במשך שעתיים, שבמהלכן צלחת התרבית הונחה במצב אופקי או מוטה. המערך האופקי נועד להשוות את יעילות העברת הגנים בהיעדר ניקוז נוזלי כלשהו, בעוד שהטרנספקציה בזווית מחקה את התרחיש היותר מציאותי של רקמת המטופל שמשתנה במיקום וחסרה גבולות מוגדרים שימנעו ניקוז של התרופות המיושמות".
הערכות של יעילות טרנספקציה (נמדדה באמצעות עוצמת ה-Luciferase bioluminescence המושרה) גילתה כי בעוד שכל שלושת הקצפים עמדו בביצועים טובים יותר על מקביליהם הנוזליים על פני חיקוי טרנספקציה אופקיים וזוויתיים, הביצועים של מתיל-צלולוזה המוגדלים ב-Xanthan היו יוצאי דופן. בתרחיש האופקי, היעילות נאמדה בפי 2.9 מזו של וקטורים נוזליים. בתרחיש הזווית המציאותי יותר, היעילות הייתה מדהימה פי 384 מזו של סוכני אספקה נוזליים רגילים.
"יתר על כן, מכיוון שקצף מתילצלולוזה נשאר במקומו, הטרנספקציות היו מוגדרות היטב מבחינה מרחבית. הדבר מומחש היטב על ידי היכולת שלנו לרשום טקסט על תאים שגדלו בצלחת תרבית רקמה תוך החזקת המנה בצורה אנכית, שהופיעה אז כתבנית זהה של ביטוי גנים 24 שעות מאוחר יותר."
בעקבות הבחירה של מתילצלולוזה כקצף המועמד המועדף, החוקרים אפיינו את מבנה הקצף שלו (גודל הבועה, הפצה וקצב ריקבון הקצף) באמצעות מנתח קצף דינמי אוטומטי (Krűss Scientific DFA100FSM). עוד הם העריכו את פיזורם של ננו-חלקיקים שומנים (LNPs – 'המטען') ויזואלית באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית ברזולוציה גבוהה.
לאחר מכן, הם השתמשו במודלים העכברים שהוזכרו לעיל כדי לבדוק את היתרונות התוך-צפקיים של קצף, הזמינות הביולוגית והתאימות הביולוגית שלו על פני סוגי רקמות מרובים, והפוטנציאל שלו לשימוש כנשא של מטענים טיפוליים גנים ויראליים (להלן, Lentivirus (LV)).
מחקר ממצאים ומסקנות
במחקר הראשון להערכת היתרונות הפוטנציאליים של תרופות המבוססות על קצף עבור ריפוי גנטי, חוקרים חושפים כי קצף (כאן, מתיל צלולוז מוגדל Xanthan) עולה בביצועים רבים על מקביליו הנוזליים. ב בַּמַבחֵנָה מודלים אופקיים, מתילצלולוזה תיארו שיפור ביעילות קרוב פי 3 בהשוואה לוקטורים נוזליים הזמינים כיום. יתרון הקצף שנצפה זה עלה לפי 384 בדגמים ריאליסטיים יותר עם זווית. אם ניתן היה לממש אפילו שיפור של פי 10 ביעילות, הדבר יתורגם לחיסכון משמעותי בעלויות ובזמן (תרופות ריפוי גנטיות יקרות ומורכבות ביותר לייצור), תוך שיפור משמעותי של הנגישות הכללית של התערבויות קליניות "בלעדיות" אלה עד כה.
"בעוד שקצף ריפוי גנטי אינו מתאים בבירור לעירוי סיסטמי, היישומים הקליניים הפוטנציאליים של פלטפורמת קצף זו הם רבים וכוללים שיפור הבטיחות והעוצמה של טיפול בנגיף אונקוליטי, שיפור חיסונים, פיתוח טיפול גנטי באתרו למחלות מערכת העיכול (סרטן הפה, סרטן הוושט, סרטן הקיבה, סרטן המעי הגס, מחלות אוטואימוניות המשפיעות על מערכת העיכול), סרטן גינקולוגי, מחלת עור (במיוחד ריפוי פצעים), מזותליומה, סרטן המתפשט לחלל הצפק, או כל סוג של שינוי גן במקום המצריך אקטואלי. יישום."
כמו כן, הוכח כי קצפים נמשכים זמן רב יותר באתר רקמת המטרה ללא דליפה שכיחה הנצפית בוקטורים נוזליים, ובכך מפחיתים עוד יותר את כמות החומר הטיפולי הנדרש לעמידה בדרישות המינון ומזעור אונקוגנזה ורעילות אוטואימונית עקב אירועים מחוץ למטרה.
"…ממצאים קובעים כי קצף נוזלי הוא פלטפורמת אספקה רב-תכליתית להגברת טיפול גנטי מקומי. משולבת בזרימת העבודה הקלינית, פלטפורמה זו יכולה לשנות את הפרדיגמה לגבי אופן יישום של טיפול גנטי מקומי לטיפול במגוון רחב של מחלות."
