نانوذراتی که ژن‌درمانی را مستقیما به ریه‌ها می‌رسانند

با نقشه‌برداری از ژنوم انسان و مطالعات گسترده ژنوم که جهش‌های ژنتیکی تعریف‌شده را با بیماری‌های شناخته‌شده مرتبط می‌سازند، تمرکز بسیاری از پژوهش‌ها بر توسعه ژن‌درمانی برای هدف قرار دادن علل ژنتیکی بیماری بوده است.

«آران‌ای پیام‌رسان»(mRNA) یک عامل درمانی نسبتا جدید است که برای پیشگیری و درمان برخی بیماری‌های ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما آران‌ای پیام‌رسان برای داشتن عملکرد مؤثر در بدن، به یک سیستم انتقال پایدار نیاز دارد که از آن در برابر تخریب محافظت کند و به آن امکان دهد که به سلول‌ها وارد شود تا محموله‌های تغییردهنده ژن را به مقصد برساند.

نانوذرات ثابت کرده‌اند که روش موثری برای انتقال دادن آران‌ای پیام‌رسان هستند. در هر حال، انتقال نانوذرات حامل آران‌ای پیام‌رسان نیز چالش‌های خود را دارد. رساندن آن به قسمت درستی از بدن و عدم تأثیرگذاری بر سایر اندام‌ها می‌تواند یک مشکل باشد. نانوذرات تزریقی محصورشده در یک کُره لیپیدی، پیشتر مؤثر بوده‌اند. آنها نشان دادند که از تخریب آران‌ای پیام‌رسان جلوگیری می‌کنند و توانایی هدف‌گیری سلولی را بهبود می‌بخشند.

پژوهشگران دانشگاه «ام‌آی‌تی»(MIT)، نانوذره لیپیدی امیدوارکننده‌ای را ابداع کرده‌اند که ریه‌ها را هدف قرار می‌دهد تا بتواند آران‌ای پیام‌رسان تغییردهنده ژن را به مقصد برساند.

پژوهشگران، نانوذراتی را ابداع کردند که شامل یک سرگروه با بار مثبت است که به ذرات کمک می‌کند تا با آران‌ای پیام‌رسان دارای بار منفی تعامل داشته باشند و یک دنباله لیپیدی بلند که به عبور ذرات از غشای سلولی به درون سلول کمک می‌کند. آنها پیش از شناسایی ساختار نانوذراتی که می‌توانند به ریه‌ها برسد، ۷۲ سرگروه و ۱۰ دنباله لیپیدی با ساختارهای شیمیایی متفاوت را آزمایش کردند.

هنگامی که ساختار نانوذرات لیپیدی موثر پیدا شد، پژوهشگران آن را روی موش‌ها آزمایش کردند. آنها دریافتند که با استفاده از روشی به نام «القای داخل تراشه»(Intratracheal instillation) می‌توانند این نانوذرات را برای انتقال دادن آران‌ای پیام‌رسان رمزگذار اجزای ویرایش ژن کریسپر به ریه‌های حیوانات به کار ببرند که امکان کنترل دوز بیشتری را نسبت به استنشاق فراهم می‌کند.

اجزای منتقل‌شده، یک سیگنال توقف رمزگذاری‌شده ژنتیکی را قطع کردند، ژن یک پروتئین فلورسنت سبز را روشن کردند و به پژوهشگران امکان دادند تا تعیین کنند که چند درصد از سلول‌های ریه، آران‌ای پیام‌رسان را با موفقیت بیان کرده‌اند.

پژوهشگران دریافتند که پس از یک دوز آران‌ای پیام‌رسان، حدود ۴۰ درصد از سلول‌های اپیتلیال ریه، فرآیند «ترافرست»(Transfection) را پشت سر گذاشتند. ترافرست، فرآیند وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول است. دو دوز آران‌ای پیام‌رسان، این آمار را به بیش از ۵۰ درصد و سه دوز به ۶۰ درصد افزایش داد. هر یک از سلول‌های اپیتلیال که برای درمان بیماری ریه کلیدی هستند، فرآیند ترافرست را تا حدود ۱۵ درصد پشت سر گذاشتند.

«بوون لی»(Bowen Li)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: این بدان معناست که سلول‌هایی که ما قادر به ویرایش آنها بودیم، واقعا سلول‌های مورد نظر برای بیماری ریه هستند. این لیپید می‌تواند ما را قادر سازد تا آران‌ای پیام‌رسان را بسیار موثرتر از هر سیستم تحویل دیگری که تاکنون گزارش شده است، به ریه برسانیم.

استفاده از نانوذرات لیپیدی به جای «ویروس مرتبط با آدنو»(AAV) که روش دیگری برای ارائه ژن‌درمانی است، یک مزیت متمایز را ارائه کرد. اگرچه روش AAV موثر است اما یک واکنش ایمنی را در بدن ایجاد می‌کند و به همین دلیل نمی‌توان آن را به طور مکرر روی یک شخص به کار گرفت. نانوذرات لیپیدی، واکنش ایمنی ایجاد نمی‌کنند و به همین دلیل، در صورت نیاز می‌توان چندین دوز تجویز کرد.

به علاوه، پژوهشگران دریافتند که نانوذرات جدید به سرعت تجزیه می‌شوند و ظرف چند روز از ریه‌ها پاک می‌شوند. در نتیجه، خطر التهاب را کاهش می‌دهند. این نانوذرات را می‌توان در آینده برای اصلاح جهش ژنتیکی که عامل بروز فیبروز سیستیک و سایر بیماری‌های ژنتیکی ریه است، مورد استفاده قرار داد.

«دنیل اندرسون»(Daniel Anderson)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این نخستین نمونه از تحویل بسیار کارآمد آران‌ای به ریه‌های موش است. ما امیدواریم که بتوان از این روش برای درمان یا ترمیم طیف گسترده‌ای از بیماری‌های ژنتیکی از جمله فیبروز سیستیک استفاده کرد.

این گروه پژوهشی در حال کار کردن روی پایدارتر کردن نانوذرات جدید هستند تا بتوان آنها را از طریق یک «نبولایزر»(Nebulizer) استنشاق کرد یا با یک واکسن آران‌ای پیام‌رسان که مستقیما به ریه‌ها فرستاده می‌شود، مورد استفاده قرار داد.

این پژوهش، در مجله «Nature Biotechnology» به چاپ رسید.