SciTechDaily

ניקולס

פריצת דרך בתחום הביו-רפואה: הכנסת גנים מלאה אפשרית כעת בתאים אנושיים

חוקרים במכון ברוד שיפרו את עריכת הגנים כדי להחדיר ביעילות גנים שלמים לתאים אנושיים, מה שמציע פוטנציאל לטיפולים חד-גנים למחלות כמו סיסטיק פיברוזיס. שיטה זו משלבת עריכה ראשונית עם אנזימים חדשים כדי לשפר את יעילות העריכה, שעלולה לחולל מהפכה בטיפול הגנטי.

טכניקת עריכת הגנים מעסיקה עורכים ראשיים יחד עם אנזימים מתקדמים הידועים כ-recombinases. לשיטה זו יש פוטנציאל להוביל לטיפולי גנטי אוניברסליים היעילים למצבים כמו סיסטיק פיברוזיס.

חוקרים ב-Broad Institute של MIT והרווארד שיפרו טכנולוגיית עריכת גנים שיכולה כעת להכניס או להחליף גנים שלמים ביעילות בגנום התא האנושי, מה שעשוי להפוך אותו למתאים לשימושים טיפוליים.

ההתקדמות, מהמעבדה של חבר מכון הליבה ברוד, דיוויד ליו, יכולה יום אחד לעזור לחוקרים לפתח טיפול גנטי יחיד למחלות כמו סיסטיק פיברוזיס הנגרמות על ידי אחת ממאות או אלפי מוטציות שונות בגן. באמצעות גישה חדשה זו, הם היו מכניסים עותק בריא של הגן במיקומו המקורי בגנום, במקום ליצור טיפול גנטי אחר כדי לתקן כל מוטציה באמצעות גישות אחרות לעריכת גנים שמבצעות עריכות קטנות יותר.

השיטה החדשה משתמשת בשילוב של עריכת פריים, שיכולה לבצע ישירות מגוון רחב של עריכות עד כ-100 או 200 זוגות בסיסים, ואנזימי רקומבינאז שפותחו לאחרונה המחדירים ביעילות חלקים גדולים של DNA באורך אלפי זוגות בסיסים באתרים ספציפיים בגנום. מערכת זו, הנקראת eePASSIGE, יכולה לבצע עריכות בגודל גן ביעילות פי כמה משיטות דומות אחרות, והיא מדווחת ב טבע הנדסה ביו-רפואית.

"למיטב ידיעתנו, זוהי אחת הדוגמאות הראשונות לאינטגרציה ממוקדת ניתנת לתכנות של גנים בתאי יונקים העומדת בקריטריונים העיקריים לרלוונטיות טיפולית פוטנציאלית", אמר ליו, המחבר הבכיר של המחקר, הפרופסור ריצ'רד מרקין ומנהל מכון מרקין לטכנולוגיות טרנספורמטיביות בבריאות בברוד, פרופסור באוניברסיטת הרווארד וחוקר במכון הרפואי הווארד יוז. "בהתעלות אלו, אנו מצפים שהרבה אם לא רובן של מחלות גנטיות עם אובדן תפקוד ניתן יהיה לרפא או להציל, אם ניתן לתרגם את היעילות שאנו רואים בתאים אנושיים מתורבתים לסביבה קלינית."

סטודנטית לתואר שני Smriti Pandey והחוקר הפוסט-דוקטורט דניאל גאו, שניהם בקבוצתו של ליו, היו מחברים ראשונים במחקר, שהיה גם שיתוף פעולה עם קבוצתו של מארק אוסבורן באוניברסיטת מינסוטה וקבוצתו של אליוט חייקוף במרכז הרפואי בית ישראל לדאקונס.

"מערכת זו מציעה הזדמנויות מבטיחות לטיפולים בתאים שבהם ניתן להשתמש בה כדי להחדיר במדויק גנים לתאים מחוץ לגוף לפני מתן אותם לחולים לטיפול במחלות, בין היתר", אמר פנדי.

"זה מרגש לראות את היעילות הגבוהה והרבגוניות של eePASSIGE, שיכולה לאפשר קטגוריה חדשה של תרופות גנומיות", הוסיף גאו. "אנחנו גם מקווים שזה יהיה כלי שמדענים מכל קהילת המחקר יוכלו להשתמש בו כדי ללמוד שאלות ביולוגיות בסיסיות."

שיפורים ראשיים

מדענים רבים השתמשו בעריכה ראשונית כדי להתקין ביעילות שינויים ב-DNA באורך של עד עשרות זוגות בסיסים, המספיקים לתיקון הרוב המכריע של המוטציות הפתוגניות הידועות. אבל החדרת גנים בריאים שלמים, לרוב באורך אלפי זוגות בסיסים, במיקומם המקורי בגנום הייתה מטרה ארוכת שנים של תחום עריכת הגנים. לא רק שזה יכול לטפל בחולים רבים ללא קשר למוטציה שיש להם בגן הגורם למחלה, אלא שזה גם ישמר את רצפי ה-DNA שמסביב, מה שיגדיל את הסבירות שהגן החדש שהותקן מווסת כראוי, במקום להתבטא יותר מדי. , מעט מדי, או בזמן הלא נכון.

בשנת 2021, המעבדה של ליו דיווחה על צעד מפתח לקראת מטרה זו ופיתחה גישת עריכה ראשונית בשם twinPE שהתקינה "אתרי נחיתה" של רקומבינאז בגנום, ולאחר מכן השתמשה באנזימי רקומבינאז טבעיים כגון Bxb1 כדי לזרז את החדרת ה-DNA החדש לתוך הפריים. אתרי יעד ערוכים.

חברת הביוטק Prime Medicine, ששותפה להקמת Liu, החלה תוך זמן קצר להשתמש בטכנולוגיה הזו, שאותה הם כינו PASSIGE (עריכת גנים אינטגראלית בסיוע prime-editing-assisted site-specific), כדי לפתח טיפולים למחלות גנטיות.

PASSIGE מתקין עריכות רק בחלק צנוע של תאים, וזה מספיק כדי לטפל בחלק מהמחלות הגנטיות, אך כנראה לא ברובן, הנובעות מאובדן של גן מתפקד. אז הצוות של Liu, בעבודה החדשה שדווחה היום, יצא להגביר את יעילות העריכה של PASSIGE. הם גילו שהאנזים הרקומבינאז Bxb1 היה האשם בהגבלת היעילות של PASSIGE. לאחר מכן, הם השתמשו בכלי שפותח בעבר על ידי הקבוצה של ליו בשם PACE (התפתחות מתמשכת בעזרת פאג') כדי לפתח במהירות גרסאות יעילות יותר של Bxb1 במעבדה.

גרסת Bxb1 (eeBxb1) שהתפתחה והמהונדסת לאחרונה שיפרה את שיטת eePASSIGE לשילוב ממוצע של 30 אחוז מהמטען בגודל גן בתאים של עכברים ובני אדם, פי ארבעה מהטכניקה המקורית ופי 16 יותר משיטה אחרת שפורסמה לאחרונה. נקרא PASTE.

"מערכת eePASSIGE מספקת בסיס מבטיח למחקרים המשלבים עותקי גנים בריאים באתרים לבחירתנו במודלים של תאים ובעלי חיים של מחלות גנטיות לטיפול בהפרעות אובדן תפקוד", אמר ליו. "אנו מקווים שהמערכת הזו תתברר כצעד חשוב לקראת מימוש היתרונות של שילוב גנים ממוקד עבור חולים."

מתוך מחשבה על מטרה זו, הצוות של Liu עובד כעת על שילוב של eePASSIGE עם מערכות מסירה כגון חלקיקים דמויי וירוס מהונדסים (eVLPs) שעשויים להתגבר על מכשולים שהגבילו באופן מסורתי את האספקה ​​הטיפולית של עורכי גנים בגוף.

עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאותקרן ביל ומלינדה גייטס, והמכון הרפואי הווארד יוז.

ניקולס