Ученые используют "генные ножницы" отрезать код дефектного гена, который приводит к прогрессивному ослаблению мышц и смерти при мышечной дистрофии Дюшенна, и заменить его синтетическим кодом, который, как они надеются, однажды вернет этим пациентам здоровую жизнь.
"Мы хотим использовать генетически скорректированные стволовые клетки, чтобы заменить пул стволовых клеток и создать новые мышцы, которые нормально функционируют," сказал доктор. Яолян Тан, сердечно-сосудистый исследователь Центра сосудистой биологии Медицинского колледжа Джорджии при Университете Огаста. Тан – главный исследователь нового 2-долларового.6 миллионов грантов Национальных институтов здравоохранения, позволяющих проводить исследования генетического заболевания на животных моделях.
У каждого гена есть код, который сообщает ему, какой белок (белки) он в конечном итоге будет экспрессировать. В случае гена дистрофина при этом заболевании код сообщает ДНК, чтобы она сообщила РНК о создании короткой дисфункциональной формы дистрофина, белка в мембране мышечной клетки, который необходим для структурной целостности мышечных клеток.
"Это строительный элемент," Доктор. Марк Хэмрик, костный биолог из отделения клеточной биологии и анатомии MCG, сказал о дистрофине.
Мышечные клетки обычно сильны, но постоянно подвергаются стрессу, когда мы двигаемся, дышим и тренируемся, часто слезятся, но обычно быстро восстанавливаются. Но у этих пациентов мышечные клетки слабые, более подвержены травмам и смерти и в конечном итоге заменяются небольшими, даже более слабыми мышечными волокнами.
"У вас так много регенерации, что вы получаете эти слабые маленькие волокна; они почти как волокна неонатального типа; они такие маленькие и слабые," Хамрик сказал. Здоровая, сильная мышечная ткань быстро заменяется слабой, дисфункциональной фиброзной тканью.
Поэтому ученые используют технологию под названием CRISPR-Cas9, чтобы вырезать проблемный кусок гена дистрофина из мышечных клеток и заменить его синтетическим кодом, который активирует нормальный дистрофин. В конечном итоге они вернутся к своей мышиной модели мышечной дистрофии Дюшенна – мышечная клетка-предшественник, которая теперь экспрессирует более длинный дистрофин и производит более сильные мышечные клетки, которые в конечном итоге заселяют слабую мышечную массу.
Они начинают с мышечных клеток из мышиной модели и возвращают их в состояние, подобное стволовым клеткам, которое называется индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками. Плюрипотентные стволовые клетки, которые могут образовывать клетки любого типа, могут быть получены из эмбриональной ткани, но десять лет назад японские ученые разработали метод создания индуцированных версий практически из любого типа клеток, таких как мышечная клетка. Нобелевская премия. Ученые MCG будут уговаривать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки стать мышечными клетками-предшественниками, предшественниками необходимых здоровых мышечных клеток.
Тот факт, что клетки, которые в конечном итоге будут возвращены, взятые у человека – или мыши в случае этого фундаментального научного исследования – также снижает опасения, что предоставление клеток приведет к серьезному ответу иммунной системы, сказал Танг. Он добавил, что редактирование генов также более эффективно в плюрипотентных стволовых клетках, чем в зрелых.
Дополнительным преимуществом начала работы с мышечной клетки является то, что клетки обладают некоторой генетической памятью, поэтому они имеют предрасположенность снова стать мышечными клетками, сказал Танг.
"Он возвращается в мышцу и превращается в мышечную клетку. Так что он вернется и все перестроит," сказал Хамрик, соисследователь нового гранта.
Одной из проблем, связанных с использованием стволовых клеток любого типа, является возможность того, что эти клетки также будут вызывать рак. Чтобы уменьшить эту возможность, Тан добавляет к смеси небольшую молекулу под названием Плюрисин № 1, которая избирательно воздействует на стволовые клетки для удаления. "После редактирования генов и создания мышечных клеток-предшественников, мы просто хотим удалить все потенциально потенциально опухолевые плюрипотентные клетки, прежде чем возвращать клетки животному," Тан сказал.
Чтобы повысить эффективность, они будут использовать такие методы, как короткие периоды ишемии и реперфузии в мышцах, метод, который, как показал Тан, привлечет стволовые клетки и повысит их активность. Они также представляют собой инженерные наноразмерные компартменты, содержащие привлекающий стволовые клетки белок SDF-1α для доставки в умирающую мышечную ткань.
CRISPR-Cas9 позволяет ученым редактировать проблемные гены с помощью фермента Cas9 для разрезания и молекулы РНК, которая помогает идентифицировать правильную цель. Эту технологию можно использовать для редактирования гена и, как в случае с исследованием Танга, для повторной вставки заменителя.
По данным Ассоциации мышечной дистрофии, мышечная дистрофия Дюшенна – один из девяти типов мышечной дистрофии. Симптомы слабости, как правило, усиливаются в возрасте от 3 до 5 лет, что гораздо чаще встречается у мужчин. На раннем этапе у пациентов могут возникнуть проблемы со стоянием, удержанием равновесия и поднятием рук. Смерть часто наступает в результате дыхательной и / или сердечной недостаточности, поскольку для управления этими основными жизненными функциями необходимы сильные мышцы.
Этой осенью ученые из китайского Университета Сычуань стали первыми, кто применил эту технологию в клинических условиях для отключения гена, который может блокировать иммунный ответ, в иммунных клетках пациента с агрессивным раком легких. Рак обычно использует ген в своих интересах, чтобы ослабить атаку организма на него. Затем ученые увеличили количество иммунных клеток и ввели их обратно пациенту. Дополнительные испытания ожидаются в следующем году.
Скорее всего, пройдет несколько лет, прежде чем ученые MCG узнают, приведут ли их фундаментальные научные исследования к подобным клиническим испытаниям для пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна, сказали Танг и Хамрик.
Современные методы лечения мышечной дистрофии Дюшенна включают стероиды, фиксацию и физиотерапию. Ранее в этом году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило препарат этеплирсен для пациентов, что было спорным решением – несмотря на долгожданные новости для родителей и детей – потому что клинические испытания проводились только с дюжиной пациентов и из-за вопросов о том, достаточно ли препарат повышает уровни. дистрофина.
Доктор. Нил Л. Вайнтрауб, заместитель директора Центра сосудистой биологии MCG и Исследовательского альянса Джорджии Герберт С. Купперман, выдающийся ученый в области сердечно-сосудистой медицины, также является главным исследователем гранта NIH для нескольких основных исследователей.