CRIPSR Cas9 – nástroj pro přesnou genovou terapii je nutné dopravit k cílovým buňkám. Jak ho k nim dostat, aniž by ho tělo rozložilo před dokončením jeho úkolu? Vědcům z MIT se podařilo dostat funkční CRISPR přímo do plic.
Primitivní imunita prokaryot
CRISPR Cas9 je revoluční metoda umožňující přesnou úpravu genů. Vznikl jako mechanismus, kterým se prokaryota brání proti virům. Jde vlastně o buněčný imunitní systém, který si dokáže uložit fragmenty patogenu, se kterým se již setkal. Tento fragment si pak buňka uloží do buněčné knihovny. V případě, že se se stejným patogenem setká znovu, podívá se do této knihovny, a díky tomu nepřítele velmi rychle rozezná. Pomocí specializovaného naváděcího systému se pak virové nukleové kyseliny chopí endonukleáza (protein CAS – CRISPR associated protein), která nukleovou kyselinu viru rozštípe na neškodné kousky.
Mechanismus CRISPR Cas, který byl popsán v roce 1987 v Ósace, byl v roce 2012 v Berkeley přetvořen ve specifický nástroj úpravy genů. Sestává ze dvou částí – guide RNA (naváděcí RNA), která obsahuje sekvenci nukleotidů, která navádí druhou část – enzym Cas. Guide RNA nese přesnou informaci o tom, kde má být DNA rozstřižena enzymem Cas. Tuto informaci lze snadno přepisovat a díky tomu můžeme pomocí tohoto nástroje místo rozstřihnutí DNA upravovat podle libosti. Můžeme některý gen vystřihnout, můžeme některý gen vložit nebo upravit. Celý proces je vizuálně zpracován v tomto videu:
Nástroj pro genovou terapii
Mnoho pacientů trpí nemocemi, které jsou způsobeny genetickou vadou. Často jde o chybu malé části DNA, která kóduje důležitý protein. Na úrovni DNA jde o chybný zápis nukleotidů A, T, G nebo C. Genetická informace, ve které dojde k záměně části nukleotidů, je s využitím ribozomů použita jako plán pro tvorbu proteinů ve změněné podobě. Někdy je špatně vytvořená nedůležitá část proteinu, někdy ta klíčová. Metoda CRISPR Cas9 nabízí možnost léčby nemoci již na úrovni DNA, podle které by se vytvářely proteiny ve správné podobě a se správnou funkcí. Častou překážkou, kterou je třeba při vývoji léčiv překonat, je transport terapeutické látky k cílovým buňkám. Na tento problém se zaměřila nové studie z MIT.
Určili si za cíl dopravit léčivo do plic přímo – inhalací. RNA složka se velmi snadno rozpadá. Navíc má dýchací systém mechanismy, jak se zbavovat cizorodých částic – imunologické, fyziologické i mechanické. Vědci z MIT vytvořili schránku z biodegradovatelných ionizovatelných lipidových nanočástic (LNPs), které dokážou léčivo obalit o ochránit ho, dokud nedorazí ke svému cíli. Jde o podobnou technologii, která se již léta používá pro očkování mRNA vakcínami, které jsou účinnější a bezpečnější než jejich předchůdci – do médií se tato metoda dostala hlavně v souvislosti s mRNA vakcínou proti onemocnění COVID-19. Bowen Li se svými kolegy nasyntetizoval 720 nových lipidů umožňujících transport CRISPR-LNPs do myších plic.
Jak ochránit CRISPR před naším tělem
Pokud jsou LNPs se svým nákladem vstříknuty do krve, většina skončí v játrech, kde dochází k filtraci cizorodých látek včetně léčiva neseného LNPs. Pokud jsou ale vstříknuty průdušnicí přímo do plic, dostane se léčivo přímo k nemocným buňkám. Vědci naprogramovali CRISPR-Cas9 tak, aby do určitého místa v genomu cílových buněk vnesl fluorescenční značku, která se v určitém světle rozsvítí červeně. A přesně toho dosáhli, když do průdušnice vstříkli svůj nástroj k úpravě genu – 17 % plicních buňky svítilo červeně. Tím prokázali, že jejich transportní mechanismus opravdu funguje.
Výzkum lipidových nanočástic nesoucích CRISPR Cas9 může v budoucnu představovat levnou a relativně snadnou terapii pro pacienty trpící spektrem dědičných i získaných plicních onemocnění. Metodu by s určitými úpravami bylo možno použít také na další tkáňově specifické choroby a v budoucnu snad také k léčbě některých typů rakoviny.
Zdroje:
https://www.nature.com/articles/s41587-023-01679-x
https://www.nature.com/articles/s41587-023-01744-5
Foto: Robina Weermeijer, Unsplash
Více z medicíny a zdraví na CZECHSIGHT:
Kristýna Molnárová
Filip Šlapal
Vstup do diskuze