قام باحثون من معهد برود بتطوير تحرير الجينات لإدخال جينومات كاملة بكفاءة في الخلايا البشرية، مما يوفر إمكانية العلاج بجين واحد لأمراض مثل التليف الكيسي. تجمع هذه الطريقة بين التحرير الأولي والإنزيمات الجديدة لتحسين كفاءة التحرير، مما قد يحدث ثورة في العلاج الجيني.

تستخدم تقنية تحرير الجينات محررات معدة مع إنزيمات متقدمة تسمى recombinases. هذا النهج لديه القدرة على أن يؤدي إلى علاجات جينية عالمية فعالة لحالات مثل التليف الكيسي.

قام الباحثون في معهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد بتطوير تقنية تحرير الجينات التي يمكنها الآن إدخال أو تغيير جينات كاملة بشكل فعال في جينومات الخلايا البشرية، مما يجعلها مثالية للتطبيقات العلاجية.

يمكن للاختراق الذي تم تحقيقه في مختبر ديفيد ليو، عضو معهد برود كور، أن يساعد الباحثين يومًا ما على تطوير علاجات جينية واحدة لأمراض مثل التليف الكيسي الناجم عن واحدة من مئات أو آلاف الطفرات المختلفة في جين واحد. وباستخدام هذا النهج الجديد، قاموا بإدخال نسخة سليمة من الجين في مكانها الخاص في الجينوم، بدلاً من إنشاء علاج جيني مختلف لتصحيح كل طفرة باستخدام أساليب تحرير الجينات الأخرى التي تقوم بإجراء تصحيحات صغيرة.

تستخدم الطريقة الجديدة مزيجًا من التحرير الأولي، والذي يمكنه إجراء تصحيحات واسعة النطاق مباشرةً تصل إلى حوالي 100 أو 200 زوج أساسي. الحمض النووي آلاف الأزواج الأساسية في الطول في مواقع محددة في الجينوم. يمكن للنظام، المسمى eePASSIGE، إجراء تصحيحات على مستوى الجينوم بكفاءة أكبر عدة مرات من الطرق المماثلة الأخرى. طبيعة الهندسة الطبية الحيوية.

وقال ليو، كبير مؤلفي الدراسة ومدير ريتشارد ميركين: “على حد علمنا، يعد هذا أحد الأمثلة الأولى على تكامل الجينات المستهدفة القابلة للبرمجة في خلايا الثدييات والتي تلبي المعايير الرئيسية للأهمية العلاجية المحتملة”. أستاذ في معهد ميركين للتقنيات التحويلية في الرعاية الصحية بجامعة هارفارد، وباحث في معهد هوارد هيوز الطبي. “مع هذا الأداء، نتوقع أن العديد من الأمراض الوراثية التي تؤدي إلى فقدان الوظيفة قد يتم تحسينها أو إنقاذها إذا تمكنا من ترجمة الفعالية التي نلاحظها في الخلايا البشرية المستنبتة إلى بيئة سريرية.”

سمريتي باندي، طالبة دراسات عليا في مجموعة ليو، ودانيال جاو، باحث ما بعد الدكتوراه، كانا المؤلفين الأوائل في الدراسة، التي أجريت بالتعاون مع مجموعة مارك أوزبورن في جامعة مينيسوتا ومجموعة إليوت تشيكوف في بيث إسرائيل ديكونيس ميديكال. مركز.

وقال باندي: “يوفر هذا النظام فرصًا واعدة للعلاجات الخلوية، حيث يمكن استخدامه لإدخال الجينات بدقة في الخلايا خارج الجسم قبل إعطائها للمرضى لعلاج الأمراض، من بين تطبيقات أخرى”.

وأضاف قاو: “من المثير أن نرى الفعالية العالية وتنوع استخدامات إيبازيج، والتي ستمكن من ظهور فئة جديدة من الأدوية الجينية”. “نأمل أيضًا أن تكون أداة يمكن للعلماء من مجتمع البحث استخدامها لدراسة المسائل البيولوجية الأساسية.”

التحسينات الرئيسية

استخدم العديد من العلماء التحرير الأولي لإجراء تغييرات فعالة في الحمض النووي يبلغ طولها عشرات الأزواج الأساسية، وهو ما يكفي لتصحيح معظم الطفرات المسببة للأمراض المعروفة. لكن إدخال جينات صحية كاملة، غالبًا آلاف الأزواج الأساسية، إلى مكانها الأصلي في الجينوم كان هدفًا طويل المدى لصناعة تحرير الجينات. لن يعالج هذا فقط العديد من المرضى الذين يعانون من أي طفرة في الجين المسبب للمرض، ولكنه سيحمي أيضًا تسلسل الحمض النووي المحيط، مما يزيد من فرصة تنظيم الجين المنشأ حديثًا بشكل صحيح بدلاً من الإفراط في التعبير عنه. ، قليل جدًا أو في الوقت الخطأ.

في عام 2021، اتخذ مختبر ليو خطوة كبيرة نحو هذا الهدف وطوّر نهج تحرير رئيسي يسمى TwinPE، والذي أنشأ “مواقع هبوط” المؤتلف في الجينوم ثم استخدم إنزيمات إعادة التركيب الطبيعية مثل Bxb1 لتحفيز إدخال الحمض النووي الجديد في الخلية الأولية. . تم تعديل المواقع المستهدفة

وسرعان ما بدأت شركة Prime Medicine، وهي شركة للتكنولوجيا الحيوية أسسها ليو، في استخدام هذه التكنولوجيا، التي أطلق عليها اسم PASSIGE (التحرير الجيني التكاملي لمواقع محددة بمساعدة التحرير الأولي)، لتطوير علاجات للأمراض الوراثية.

يقوم PASSIGE بإنشاء تصحيحات في مجموعة فرعية صغيرة فقط من الخلايا، وهو ما يكفي لعلاج بعض الأمراض الوراثية الناجمة عن فقدان جين فعال وليس معظمها. لذلك، شرع فريق ليو، في العمل الجديد الذي أُعلن عنه اليوم، في تعزيز أداء التحرير في PASSIGE. ووجدوا أن إنزيم recombinase Bxb1 كان السبب في التحكم في فعالية PASSIGE. ثم استخدموا أداة طورتها مجموعة ليو سرعة (التطور المستمر بمساعدة العاثيات) لتوليد إصدارات عالية الكفاءة من Bxb1 بسرعة في المختبر.

أدى متغير Bxb1 الذي تم إنشاؤه وهندسته حديثًا (eeBxb1) إلى تحسين طريقة eePASSIGE ودمج ما متوسطه 30 بالمائة من المخزون على مستوى الجينوم في الفئران والخلايا البشرية، وهو أعلى بأربع مرات من التقنية الأصلية وأعلى 16 مرة من طريقة أخرى تم نشرها مؤخرًا. ويسمى لصق.

وقال ليو: “يوفر نظام eePASSIGE أساسًا واعدًا للدراسات التي تدمج نسخ الجينات السليمة في المواقع التي نختارها في النماذج الخلوية والحيوانية للأمراض الوراثية لعلاج العيوب الوظيفية”. “نعتقد أن هذا النظام سيكون خطوة مهمة في تحقيق فوائد التكامل الجيني المستهدف للمرضى.”

ومع وضع هذا الهدف في الاعتبار، يعمل فريق ليو الآن على ربط eePASSIGE بأنظمة التسليم. تصميم جزيئات تشبه الفيروسات (eVLPs) يمكن أن تعبر عوائق لقد حدوا تقليديًا من التوصيل العلاجي لمحرري الجينات إلى الجسم.

المرجع: سمريتي باندي، تشين د. جاو، نيكولاس أ. كراسنو، آمبر ماكلروي، Y. آلان داو، جوردين إي. “التكامل الفعال الخاص بالموقع للجينات الكبيرة في خلايا الثدييات عن طريق إعادة الترتيب المتطورة والتحرير الأولي” بقلم دوبي، بنيامين ج. شتاينبك، جوليا ماكريري، سارة إي. بيرس، جاكوب تولير، تورستن ب. مايسنر، إليوت ل. تشيكوف، مارك ج. أوزبورن وديفيد ر. ليو، 10 يونيو 2024، طبيعة الهندسة الطبية الحيوية.
دوى: 10.1038/s41551-024-01227-1

تم دعم هذا العمل جزئيًا بواسطة المعاهد الوطنية للصحةمؤسسة بيل وميليندا جيتس ومعهد هوارد هيوز الطبي.