چگونه ژن درمانی AAV می تواند بینایی شما را نجات دهد: آخرین دستاوردهای مطالعات پستانداران غیر انسانی

ژن درمانی یک رویکرد امیدوارکننده برای درمان بیماری های ژنتیکی مختلف با انتقال ژن های درمانی به سلول های هدف است. با این حال، تحویل ژن یک کار بی اهمیت نیست، زیرا نیاز به غلبه بر چندین مانع بیولوژیکی، مانند شناسایی ایمنی، جذب سلولی، فرار آندوزومی، ورود هسته ای و بیان ژن دارد. برای غلبه بر این چالش ها، محققان انواع مختلفی از ناقل های انتقال ژن مانند ناقل های ویروسی و غیر ویروسی را توسعه داده اند.

در میان ناقل‌های ویروسی، ویروس آدنو مرتبط (AAV) یکی از پرکاربردترین و موفق‌ترین وسایل انتقال ژن است. AAV یک ویروس کوچک و بدون پوشش است که می‌تواند سلول‌های در حال تقسیم و غیرقابل تقسیم را آلوده کند و می‌تواند بیان ژن طولانی‌مدت را بدون ادغام در ژنوم میزبان انجام دهد. AAV دارای ایمنی زایی کم و تروپیسم گسترده است، به این معنی که می تواند انواع مختلفی از سلول ها و بافت ها را آلوده کند. علاوه بر این، AAV را می توان برای نمایش پروتئین های سطحی یا پپتیدهای مختلف مهندسی کرد تا ویژگی و کارایی هدف گیری آن را افزایش دهد.

با این حال، AAV همچنین دارای محدودیت‌هایی است، مانند ظرفیت بسته‌بندی کوچک در حدود 4.7 کیلوبایت، خطر بالقوه جهش‌زایی درج، و ایمنی از قبل موجود در برخی افراد. بنابراین، محققان به طور مداوم در حال بررسی راه های جدید برای بهبود وکتورهای AAV برای کاربردهای ژن درمانی هستند.

یکی از استراتژی‌های بهینه‌سازی بردارهای AAV استفاده از پریمات‌های غیر انسانی (NHPs) به عنوان مدل‌های حیوانی است. NHP ها از نظر فیزیولوژی، آناتومی، ایمونولوژی و ژنتیک ارتباط نزدیکی با انسان دارند و بنابراین می توانند داده های مرتبط و پیش بینی بیشتری را برای آزمایشات ژن درمانی انسانی ارائه دهند. NHP ها همچنین می توانند برای ارزیابی ایمنی، کارایی، توزیع زیستی و ایمنی زایی ناقل های AAV در داخل بدن مورد استفاده قرار گیرند.

در این پست وبلاگ، برخی از پیشرفت های اخیر در استفاده از NHP ها به عنوان مدل هایی برای ژن درمانی با واسطه AAV را مرور خواهیم کرد. ما بر روی سه حوزه اصلی تمرکز خواهیم کرد: (1) توسعه سروتیپ های جدید AAV یا انواع با خواص انتقال بهبود یافته. (2) مهندسی پروموتورهای خاص بافت یا القایی برای کنترل بیان ژن. و (3) استفاده از فناوری CRISPR-Cas9 برای دستیابی به ویرایش دقیق ژنوم با وکتورهای AAV.
 

علاوه بر ارائه ژن‌های سالم برای جایگزینی ژن‌های معیوب، ژن درمانی مبتنی بر AAV می‌تواند برای دستیابی به اهداف دیگری مانند افزایش بیان ژن، خاموش کردن بیان ژن یا ویرایش توالی‌های ژن مورد استفاده قرار گیرد. برای انجام این وظایف، محققان سروتیپ‌ها یا گونه‌های جدید AAV با خواص انتقال بهبودیافته، مهندسین محرک‌های خاص بافت یا القایی برای کنترل بیان ژن، و استفاده از فناوری CRISPR-Cas9 برای دستیابی به ویرایش دقیق ژنوم با وکتورهای AAV را توسعه داده‌اند.

یکی از راه‌های بهبود کارایی و ویژگی انتقال AAV، مهندسی سروتیپ‌ها یا انواع جدید AAV است که می‌توانند انواع سلول‌های مورد نظر را بهتر مورد هدف قرار دهند و از سیستم ایمنی فرار کنند. به عنوان مثال، محققان از روش‌های تکامل هدایت‌شده، طراحی منطقی یا نمایش پپتید برای ایجاد کپسیدهای AAV جدید استفاده کرده‌اند که می‌تواند جهت بافت‌های خاصی مانند مغز، کبد، قلب یا شبکیه چشم افزایش یابد. برخی از این کپسیدهای جدید AAV نیز در مقایسه با سروتیپ‌های AAV طبیعی، ایمنی زایی و افزایش پایداری را نشان داده‌اند.

راه دیگر برای بهبود ژن درمانی AAV، مهندسی پروموتورهای خاص بافت یا القایی است که می توانند زمان و مکان بیان ترانس ژن را تنظیم کنند. به عنوان مثال، محققان از پروموتورهایی استفاده کرده اند که توسط محرک های خاصی مانند نور، دما یا داروها فعال می شوند تا زمان و سطح بیان تراریخته را کنترل کنند. روش دیگر، محققان از پروموترهایی استفاده کرده اند که مخصوص انواع خاصی از سلول ها هستند، مانند نورون ها، گلیا، یا گیرنده های نوری، تا بیان تراریخته را به سلول های هدف محدود کنند. این استراتژی ها می توانند به کاهش عوارض جانبی ناخواسته و افزایش اثربخشی درمانی ژن درمانی AAV کمک کنند.

راه سوم برای بهبود ژن درمانی AAV استفاده از فناوری CRISPR-Cas9 برای دستیابی به ویرایش دقیق ژنوم با وکتورهای AAV است. CRISPR-Cas9 ابزار قدرتمندی است که می‌تواند جهش‌ها یا اصلاحات هدفمند را در ژنوم با استفاده از یک RNA راهنما (gRNA) و یک نوکلئاز Cas9 معرفی کند. محققان از وکتورهای AAV برای رساندن اجزای gRNA و Cas9 به سلول‌های هدف استفاده کرده‌اند و به ویرایش موفق ژنوم در مدل‌های حیوانی مختلف بیماری‌های انسانی دست یافته‌اند. به عنوان مثال، محققان از AAV-CRISPR-Cas9 برای اصلاح جهش در ژن های مرتبط با دیستروفی عضلانی دوشن، فیبروز کیستیک، هموفیلی و رتینیت پیگمانتوزا استفاده کرده اند. با این حال، برخی چالش‌ها و محدودیت‌های استفاده از AAV-CRISPR-Cas9 نیز وجود دارد، مانند اثرات خارج از هدف، پاسخ‌های ایمنی و محدودیت‌های بسته‌بندی.