یک رویکرد جدید با استفاده از CRISPR با بازده بالا می‌تواند مهندسی مجدد مقادیر زیادی از سلول‌ها را برای کاربردهای درمانی آسان‌تر کند.

 دانشمندان مؤسسه گلادستون و دانشگاه کالیفرنیا سان فرانسیسکو (UCSF) می گویند که یک نوع جدید از سیستم ویرایش ژن CRISPR-Cas9، توالی های DNA طولانی را قادر می سازد تا به مکان های دقیق در ژنوم سلول ها با کارایی فوق العاده بالا بدون نیاز به حاملان ویروسی منتقل شوند.

 الکس مارسون، MD، PhD، مدیر مؤسسه Gladstone-UCSF اظهار داشت: "یکی از اهداف ما برای سال‌های متمادی این بوده است که DNA طولانی را در یک مکان هدف در ژنوم به روشی که به ناقل‌های ویروسی وابسته نباشد، قرار دهیم. این گام بزرگی به سوی نسل بعدی سلول درمانی ایمن و موثر است."

 در مقاله منتشر شده در Nature Biotechnology، مارسون و همکارانش نشان دادند که چگونه می‌توان از این فناوری برای تولید سلول‌های T دارای گیرنده آنتی ژن کایمریک (CAR) با پتانسیل مبارزه با مولتیپل میلوما، و همچنین برای بازنویسی توالی‌های ژنی استفاده کرد که در آن جهش‌ها می‌توانند منجر به بیماری های ارثی ایمنی نادر شوند.

 نویسنده اول، برایان شای، MD، PhD، کارشناس بالینی در Marson افزود: ما نشان دادیم که می‌توانیم بیش از یک میلیارد سلول را در یک اجرا مهندسی کنیم، که بسیار بیشتر از تعداد سلول‌هایی است که برای درمان یک بیمار به آن نیاز داریم». CRISPR-Cas9 دانشمندان را قادر می‌سازد تا ژنوم سلول‌ها را اصلاح کنند، ژن‌های جهش‌یافته بیماری‌زا را خاموش، حذف یا جایگزین کنند و همچنین امکان ایجاد سلول‌های درمانی را فراهم کنند.  در حالی که اولین کاربردهای درمانی CRISPR-Cas9 اخیراً وارد آزمایشات بالینی شده است، این فناوری همچنان به دلیل چالش ایمنی ایجاد مقادیر زیادی از سلول های ویرایش شده محدود شده است.

 به طور سنتی، محققان برای انتقال الگوی DNA مورد استفاده برای ژن درمانی به سلول‌ها بر ناقل‌های ویروسی تکیه می‌کردند، اما تولید انبوه ناقل‌های ویروسی با درجه بالینی یک گلوگاه بزرگ در ارائه سلول‌درمانی به بیماران بوده است.  علاوه بر این، محققان نمی توانند به راحتی کنترل کنند که ناقل های ویروسی سنتی ژن ها را در کجای ژنوم قرار دهند.

 شای اظهار داشت: "استفاده از ناقل‌های ویروسی گران و نیاز به منابع زیادی دارد.  یکی از مزایای اصلی رویکرد غیر ویروسی برای مهندسی ژن این است که ما در هزینه، پیچیدگی تولید و چالش های زنجیره تامین محدود نیستیم."

 CRISPR-Cas9 معمولاً DNA دو رشته‌ای (dsDNA) را ویرایش می‌کند، اما مقادیر زیادی از dsDNA می‌تواند برای سلول‌ها سمی باشد، بنابراین برای افزایش مقدار DNA که می‌تواند وارد شود، تیم در استراتژی جدید آنزیم Cas9 اصلاح‌شده را به یک DNA تک رشته تنها با افزودن دو رشته ی کوچک DNA به انتهای آن متصل کرده است. این امر سمیت را حتی در غلظت های نسبتاً بالا کاهش می دهد.

 مارسون خاطرنشان کرد: "این یک رویکرد متعادل و بهترین روش را به ما می‌دهد. افزودن الگوی تک رشته DNA می تواند بازده ویرایش ژن را تا دو برابر نسبت به رویکردهای سنتی الگوی دو رشته DNA افزایش دهد."


 جاناتان اسنستن، MD، PhD، که استادیار پزشکی آزمایشگاهی در UCSF و محقق وابسته در دانشگاه است، اظهار داشت: "این فناوری پتانسیل این را دارد که درمان‌های سلولی و ژنی جدید را سریع‌تر، بهتر و کم‌هزینه‌تر کند."

 در این مطالعه، محققان از یک الگوی ssDNA برای تولید بیش از یک میلیارد سلول CAR-T که مولتیپل میلوما را هدف قرار می‌دهند، استفاده کردند که تقریباً نیمی از تمام سلول‌های T ژن جدید را در طول این فرآیند به دست آوردند.

 دکتر جاستین ایکوم، یکی از نویسندگان مقاله توضیح داد: «ما می دانستیم که هدف قرار دادن الگوهای DNA در یک مکان خاص در ژنوم، به نام سایت TRAC، قدرت ضد توموری سلول های CAR-T را بهبود می بخشد. این رویکرد جدید غیر ویروسی ما را قادر می‌سازد تا به هدف گذاری بسیار کارآمدتری دست یابیم، که توسعه نسل بعدی درمان‌های سلولی CAR-T را تسریع می‌کند.»

 علاوه بر این، محققان نشان دادند که رویکرد آنها می‌تواند برای اولین بار به طور کامل جایگزین دو ژن مرتبط با بیماری‌های نادر ژنتیکی ایمنی، ژن‌های IL2RA و CTLA4 شود.  برخلاف تحقیقات قبلی که می‌توان بخش‌های کوچکی از ژن IL2RA را جایگزین کرد، سیستم جدید می‌تواند رویکرد «یک اندازه متناسب با همه» را ارائه دهد که می‌تواند بسیاری از بیماران مبتلا به جهش‌های مختلف در این ژن‌ها را درمان کند، به جای اینکه مجبور باشد الگوهای شخصی‌سازی شده برای جهش های هر بیمار تولید کند.

 محققان اکنون به دنبال تاییدیه برای پیشبرد آزمایش‌های بالینی با استفاده از فناوری غیر ویروسی CRISPR در درمان سلول‌های CAR-T و درمان کمبود IL2RA هستند.