mRNA یا RNA پیام رسان، نوعی مولکول است که اطلاعات ژنتیکی را از DNA به ماشین آلات سازنده پروتئین سلول منتقل می کند. با تحویل mRNA به سلول‌ها، می‌توانیم به آنها دستور دهیم هر پروتئینی را که می‌خواهیم تولید کنند، مانند آنتی‌بادی‌ها، آنزیم‌ها، هورمون‌ها یا واکسن‌ها. این امر دنیای جدیدی از امکانات را برای درمان بیماری های مختلف، از بیماری های عفونی گرفته تا سرطان، باز می کند.
در این مقاله شما را با اصول اولیه mRNA درمانی از جمله نحوه عملکرد، نحوه ساخت، نحوه تحویل و نحوه اعمال آن آشنا می کنیم. ما همچنین برخی از آخرین پیشرفت ها و چالش ها در این زمینه هیجان انگیز بیوتکنولوژی را به اشتراک خواهیم گذاشت.
درمان mRNA چگونه کار می کند؟
درمان mRNA با معرفی مولکول‌های mRNA مصنوعی به سلول‌ها کار می‌کند، جایی که آنها به پروتئین‌های عملکردی ترجمه می‌شوند. بسته به نوع و هدف پروتئین، mRNA درمانی می تواند اثرات متفاوتی داشته باشد. به عنوان مثال:
واکسن‌های mRNA می‌توانند پاسخ ایمنی را در برابر یک پاتوژن خاص، مانند کروناویروس جدید که باعث COVID-19 می‌شود، ایجاد کنند. با ارائه mRNA که یک پروتئین ویروسی مانند پروتئین اسپایک را کد می کند، می توانیم تولید آنتی بادی ها و سلول های T را تحریک کنیم که می توانند ویروس را شناسایی و از بین ببرند.
آنتی بادی های mRNA می توانند ایمنی غیرفعال در برابر بیماری هایی مانند هاری یا HIV ایجاد کنند. با ارائه mRNA که یک آنتی بادی مونوکلونال را کد می کند، می توانیم بدون تکیه بر سیستم ایمنی بدن، محافظت فوری در برابر یک آنتی ژن خاص ایجاد کنیم.
جایگزینی پروتئین mRNA می تواند عملکرد یک پروتئین از دست رفته یا معیوب را بازیابی کند، مانند فاکتور VIII در هموفیلی یا دیستروفین در دیستروفی عضلانی. با ارائه mRNA که نسخه طبیعی پروتئین را کد می کند، می توانیم علت اصلی بیماری را اصلاح کرده و علائم را بهبود ببخشیم.
ویرایش ژن mRNA می تواند ژنوم یک سلول را اصلاح کند، مانند اصلاح یک جهش یا وارد کردن یک ژن جدید. با ارائه mRNA که یک نوکلئاز قابل برنامه ریزی مانند CRISPR/Cas9 را کد می کند، می توانیم توالی های DNA خاصی را با دقت و کارایی بالا هدف قرار داده و ویرایش کنیم.
mRNA چگونه ساخته می شود؟
mRNA توسط فرآیندی به نام رونویسی در شرایط آزمایشگاهی (IVT) ساخته می‌شود که از یک الگوی DNA و یک آنزیم RNA پلیمراز برای سنتز مولکول‌های RNA استفاده می‌کند. الگوی DNA حاوی یک توالی پروموتر و توالی کد کننده پروتئین مورد نظر است. RNA پلیمراز به پروموتر متصل می شود و DNA را به RNA رونویسی می کند.
برای اطمینان از عملکرد و پایداری mRNA مصنوعی در سلول ها، تغییرات متعددی در طول یا بعد از IVT انجام می شود. این موارد عبارتند از:
پوشاندن: افزودن یک نوکلئوتید اصلاح شده به انتهای 5' mRNA برای محافظت از تخریب و افزایش کارایی ترجمه آن. کلاهک ها انواع مختلفی دارند مانند Cap 0، Cap 1 و Cap 2 که در سطوح متیلاسیون متفاوت هستند.
پلی آدنیلاسیون: افزودن رشته ای از نوکلئوتیدهای آدنین به انتهای 3' mRNA برای افزایش پایداری و نیمه عمر آن. طول دم پلی (A) می تواند از 10 تا 250 نوکلئوتید متغیر باشد.
بهینه سازی: تنظیم اجزای ساختاری mRNA، مانند ناحیه ترجمه نشده 5' (UTR)، UTR 3' و چارچوب خواندن باز (ORF)، برای بهبود سطح بیان و فعالیت آن. این ممکن است شامل بهینه سازی استفاده از کدون، معرفی پپتیدهای عملکردی یا توالی سیگنال، یا افزودن عناصر خود{3}}تقویت کننده باشد.
اصلاح: تغییر ساختار شیمیایی برخی از نوکلئوتیدها در mRNA برای کاهش ایمنی زایی و افزایش پایداری آن. این ممکن است شامل جایگزینی یوریدین با سودوریدین یا N1-methylpseudouridine یا افزودن گروه های متیل به موقعیت های دیگر باشد.
mRNA چگونه تحویل داده می شود؟
تحویل mRNA یکی از بزرگترین چالش‌ها در درمان mRNA است، زیرا مولکول‌های mRNA بزرگ، دارای بار منفی و مستعد تخریب توسط آنزیم‌ها در مایعات بیولوژیکی هستند. بنابراین، انواع مختلفی از حامل ها برای محافظت و انتقال mRNA به سلول ها ایجاد می شوند. این موارد عبارتند از:
نانوذرات لیپیدی (LNPs): ذرات کروی متشکل از لیپیدها که یک لایه دوتایی در اطراف مولکول‌های mRNA تشکیل می‌دهند. LNP ها می توانند با غشای سلولی ترکیب شوند و mRNA را در سیتوپلاسم آزاد کنند. LNP ها به دلیل کارایی بالا و زیست سازگاری به طور گسترده برای تحویل mRNA استفاده می شوند. برخی از نمونه‌های LNP عبارتند از: نانوذرات لیپیدی جامد کاتیونی (SLN)، نانوذرات لیپیدی قابل یونیزاسیون (ILNs)، و نانوذرات لیپیدی تحریک‌کننده ایمنی (ISLNs).
نانوذرات پلیمری (PNPs): ذرات کروی متشکل از پلیمرهایی که ساختار پوسته‌ای را در اطراف مولکول‌های mRNA تشکیل می‌دهند. PNP ها می توانند با اندوسیتوز وارد سلول ها شوند و با اثر اسفنج پروتون یا تخریب آنزیمی از لیزوزوم ها فرار کنند. PNP ها همه کاره و قابل تنظیم برای برنامه های مختلف هستند. برخی از نمونه‌های PNP عبارتند از پلی اتیلنیمین (PEI)، پلی (لاکتیک-co-اسید گلیکولیک) (PLGA) و کیتوزان.
نانوامولسیون‌های کاتیونی (CNEs): قطرات روغن-در-امولسیون‌های آب که حاوی لیپیدهای کاتیونی و سورفکتانت‌ها هستند. CNE ها می توانند با غشای سلولی تعامل داشته باشند و mRNA را به سیتوپلاسم برسانند. CNE ها به راحتی آماده می شوند و بزرگ می شوند و می توانند ایمنی زایی واکسن های mRNA را افزایش دهند. برخی از نمونه های CNE عبارتند از DOTAP/DOPE، DOTAP/کلسترول و DOTAP/MCT.
سایر سیستم‌های تحویل mRNA: برخی دیگر از انواع حامل‌هایی که برای تحویل mRNA کاوش شده‌اند عبارتند از mRNA متراکم پروتامین، اگزوزوم‌ها، وزیکول‌های خارج سلولی (EVs)، سیلیس مزوپور، و فسفات کلسیم (CaP).
کاربردهای mRNA درمانی چیست؟
درمان mRNA پتانسیل درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها، از بیماری‌های عفونی گرفته تا اختلالات متابولیک، از سرطان تا بیماری‌های قلبی عروقی و از بیماری‌های ژنتیکی تا پزشکی بازساختی را دارد. برخی از کاربردهای فعلی و در حال ظهور mRNA درمانی عبارتند از:
واکسن‌های mRNA: واکسن‌های mRNA می‌توانند یک پاسخ ایمنی قوی و خاص در برابر پاتوژن‌های مختلف، مانند SARS{0}}CoV-2، ویروس آنفولانزا، HIV، ویروس سنسیشیال تنفسی (RSV)، ویروس هرپس سیمپلکس (HSV)، ویروس واریسلا زوستر (VZV)، ویروس واریسلا زوستر (VZV)، ویروس دنگوئه (HCMVga)، ویروس انسانی (HCMVga) ایجاد کنند. واکسن‌های mRNA دارای چندین مزیت نسبت به واکسن‌های سنتی هستند، مانند توسعه سریع، هزینه کم، ایمنی بالا و مقیاس‌پذیری آسان.
آنتی بادی‌های mRNA: آنتی‌بادی‌های mRNA می‌توانند ایمنی غیرفعال در برابر بیماری‌های مختلف مانند هاری، HIV، ابولا، زیکا، سیاه زخم و کووید ایجاد کنند-19. آنتی بادی های mRNA دارای چندین مزیت نسبت به آنتی بادی های معمولی هستند، مانند بیان طولانی مدت، ایمنی زایی کم، پایداری بالا و تجویز آسان.
جایگزینی پروتئین mRNA: جایگزینی پروتئین mRNA می تواند عملکرد یک پروتئین از دست رفته یا معیوب را در بیماری های مختلف مانند هموفیلی، دیستروفی عضلانی، فیبروز کیستیک، فنیل کتونوری، بیماری فابری، بیماری گوچر و بیماری پارکینسون بازگرداند. جایگزینی پروتئین mRNA دارای چندین مزیت نسبت به پروتئین درمانی است، مانند اجتناب از ایمنی زایی، افزایش فراهمی زیستی و کاهش دوز و فرکانس.
ویرایش ژن mRNA: ویرایش ژن mRNA می‌تواند ژنوم یک سلول را در بیماری‌های مختلف، مانند کم‌خونی سلول داسی شکل، بتا{0} تالاسمی، بیماری هانتینگتون، دیستروفی عضلانی دوشن، و فیبروز کیستیک تغییر دهد. ویرایش ژن mRNA مزایای متعددی نسبت به ژن درمانی مبتنی بر DNA دارد، مانند اجتناب از ادغام در ژنوم میزبان، کاهش اثرات هدف، و افزایش ویژگی و کارایی.
سلول درمانی mRNA: سلول درمانی mRNA می تواند عملکرد سلول را در بیماری های مختلف مانند سرطان، بیماری های خودایمنی، دیابت و بیماری های قلبی عروقی دستکاری کند. سلول درمانی mRNA دارای چندین مزیت نسبت به سلول درمانی معمولی است، مانند اجتناب از ناقل های ویروسی، افزایش ایمنی و تطبیق پذیری، و تسهیل ساخت و کنترل کیفیت.
چالش ها و فرصت های mRNA درمانی چیست؟
mRNA درمانی یک زمینه امیدوارکننده و نوظهور از بیوتکنولوژی است که پتانسیل زیادی در درمان بیماری های مختلف نشان داده است. با این حال، هنوز برخی از چالش ها و محدودیت ها وجود دارد که باید قبل از اینکه بتوان آن را به طور گسترده در عمل بالینی به کار برد، بر آنها غلبه کرد. این موارد عبارتند از:
-بهبود پایداری و کارایی تحویل مولکول‌های mRNA در داخل بدن
-کاهش ایمنی‌زایی و سمیت مولکول‌ها و حامل‌های mRNA
-بهینه سازی سطح بیان و مدت زمان پروتئین های کدگذاری شده mRNA{1}}
-توسعه پروتکل‌های استاندارد و اقدامات کنترل کیفیت برای تولید mRNA
-ارزیابی-ایمنی و اثربخشی طولانی مدت mRNA درمانی در انسان
-علی‌رغم این چالش‌ها، فرصت‌ها و مزایای زیادی نیز وجود دارد که درمان mRNA را به گزینه‌ای جذاب برای پزشکی آینده تبدیل می‌کند. این موارد عبارتند از:
-بهره‌برداری از انعطاف‌پذیری و تنوع طراحی و سنتز mRNA
-بهره‌گیری از ایمنی‌زایی و کمکی ذاتی مولکول‌های mRNA
-بهره‌گیری از بیان گذرا و برگشت‌پذیری پروتئین‌های کدگذاری‌شده mRNA{1}}
-بررسی اثرات هم افزایی ترکیب درمانی mRNA با سایر روش‌ها
-تسریع روند توسعه و تأیید محصولات mRNA
Prisys Biotechnology، یک شرکت متخصص درتحقیقات غیر{0}}پریمات انسانی (NHP).و خدمات برای توسعه داروهای پیش بالینی. mRNA درمانی، نوعی مولکول است که می تواند به سلول ها دستور دهد هر پروتئینی را که می خواهیم تولید کنند، مانند آنتی بادی ها، آنزیم ها، هورمون ها یا واکسن ها. Cynomolgus macaques، گونه ای از NHP که از نظر آناتومی، فیزیولوژی، ایمنی شناسی و ژنتیک شباهت های زیادی با انسان دارد. بیوتکنولوژی Prisys در تحقیق و توسعه داروهای mRNA و مدل‌های NHP به شرح زیر است:
Prisys Biotechnology دارای یک پلت فرم یکپارچه از منابع NHP، مدل‌های بیماری و بیمارستان‌های بالینی برای ارائه راه‌حل‌هایی برای حوزه‌های مختلف بیماری مانند ایمونولوژی، التهاب، بیماری‌های قلبی عروقی، هماتولوژی، کبد، کلیه، ریه و انکولوژی است.
Prisys Biotechnology گزینه‌های توسعه مشارکتی را برای همکاری‌های تحقیق و توسعه و فناوری‌های نوآورانه مانند یادگیری عمیق{0}}سیستم سنجش رفتاری سه بعدی در NHP ارائه می‌کند.
Prisys Biotechnology از cynomolgus macaques به عنوان مدل حیوانی برای mRNA درمانی استفاده می کند که نسبت به سایر مدل های حیوانی مانند موش یا موش صحرایی قابل اعتمادتر و مرتبط تر است.
بیوتکنولوژی Prisys می تواند پتانسیل و امکان سنجی mRNA درمانی را برای بیماری های مختلف با اندازه گیری مقاومت الکتریکی، خواص مغناطیسی، فارماکوکینتیک، سمیت، ایمنی زایی و کارایی مولکول ها و حامل های mRNA در NHP ها آزمایش کند.
