Naukowcy wykorzystali maleńkie kulki magnetyczne, aby wprowadzić zestaw narzędzi do edycji genów do komórek macierzystych pobranych z próbki skóry pacjenta i skorygować mutację genetyczną, która jest przyczyną zespołu Retta.

Gdy edytowanym komórkom macierzystym podano w laboratorium sygnał, aby przekształciły się w neurony (komórki nerwowe), wyglądały i zachowywały się podobnie do zdrowych neuronów, być może dlatego, że produkowały pewną ilość MeCP2, białka brakującego w zespole Retta.

Jak napisali badacze w swoim badaniu, podejście to ma „potencjał do różnych zastosowań klinicznych”Wspomagany magnetycznymi nanocząstkami niewirusowy CRISPR-Cas9 do ulepszonej edycji genomu w leczeniu zespołu Retta”, opublikowane w Zaawansowana nauka.

Zespół Retta jest zwykle spowodowany mutacją w MECP2gen, który przenosi instrukcje potrzebne do wytworzenia białka potrzebnego mózgowi do prawidłowego rozwoju. Niedobór białka MeCP2 zakłóca funkcjonowanie neuronów, powodując objawy Retta.

Narzędzia do edycji genów, takie jak CRISPR/Cas9, są używane w badaniach i warunkach klinicznych do usuwania, dodawania lub modyfikowania fragmentów DNA w celu leczenia chorób genetycznych, takich jak zespół Retta. Jednak dostarczanie tych narzędzi w wydajny i precyzyjny sposób może być problemem.

Zalecana lektura

Narzędzie do edycji genów wykorzystuje magnes do sterowania nanocząsteczkami

Naukowcy z USA i Korei Południowej połączyli siły, aby opracować nowe podejście, które nazwali Magnetic Nanoparticle-Assisted Genome Editing (MAGE). Podejście to wykorzystuje pole magnetyczne do kierowania CRISPR/Cas9 do celu.

Przykleili CRISPR/Cas9 do maleńkich, magnetycznych kulek znanych jako nanocząstki, z których każda zawierała rdzeń wykonany z cynku i żelaza. CRISPR/Cas9 został umieszczony pomiędzy dwiema warstwami ochronnymi polietylenoiminy, dużej cząsteczki, która również pomaga w dostarczaniu.

Za pomocą magnesu naukowcy byli w stanie skierować zawierające CRISPR/Cas9 magnetyczne nanocząstki w kierunku i do komórek macierzystych przygotowanych ze skóry pacjenta z zespołem Retta. Następnie posortowali komórki macierzyste, które miały w środku magnetyczne nanocząstki.

U pacjenta stwierdzono mutację nonsensowną w genie MECP2 gen, w którym pojedynczy blok budulcowy DNA został zastąpiony innym. Mutacja spowodowała skrócone białko MeCP2, zwane Q83X, które było niefunkcjonalne i rozpadało się w komórkach.

CRISPR/Cas9 wykorzystuje RNA do kierowania białkiem o nazwie Cas9 do określonego miejsca w sekwencji DNA. Następnie białko rozcina DNA, aby usunąć jeden lub więcej jego bloków budulcowych. Aby pomóc w skorygowaniu mutacji w MECP2dołączono również projekt zdrowego genu.

Stosując swoje podejście, badacze osiągnęli wskaźnik dostarczalności na poziomie 99,3%, co oznacza, że ​​niemal wszystkie komórki macierzyste otrzymały zestaw narzędzi do edycji genów. Proces edycji miał 43% wskaźnik powodzenia, z niewielką liczbą błędów i niewielką liczbą cięć w miejscach poza celem.

Komórki macierzyste pacjenta hodowano w postaci neuronów w laboratorium. W porównaniu z nieedytowanymi neuronami Q83X, edytowane neurony urosły do ​​16,7% więcej i 76,2% dłuższe neuryty, projekcje, które przewodzą impulsy elektryczne z dala od ciała neuronu, aby mógł komunikować się z innymi komórkami.

Wapń przepływa do i z neuronów, aby kontrolować uwalnianie substancji chemicznych sygnalizujących. Sygnały wapniowe są wykrywane jako fale lub kolce. W przeciwieństwie do neuronów Q83X, które wykazywały nieprawidłowe sygnały wapniowe, edytowane neurony miały przywrócone kolce wapniowe, jak w zdrowych neuronach, co wskazuje na „odzyskiwanie funkcji”.

„Chociaż nie osiągnęliśmy 100% wydajności edycji” – napisali naukowcy, niektóre nieedytowane neurony przyjęły zdrowsze zachowanie, gdy rosły obok edytowanych neuronów, być może dlatego, że edytowane neurony wydzielały eksosomy, maleńkie struktury przypominające woreczki.

W podejściu MAGE komórki macierzyste pacjenta są przygotowywane, „następnie edytowane w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych i na koniec… ponownie wprowadzane do pacjenta” – napisali badacze. „Co ważne, korzyści terapeutyczne można osiągnąć bez korygowania każdej zmutowanej komórki”.

Choć wciąż za wcześnie, by stwierdzić, czy podejście to sprawdzi się w klinice, jego zastosowanie może „wykroczyć poza leczenie zespołu Retta, ponieważ można je wykorzystać w szerokim zakresie zastosowań klinicznych, zwłaszcza w terapii komórkami macierzystymi chorób genetycznych” – podsumowali naukowcy.