mRNA یا RNA پیام رسان نوعی مولکول است که اطلاعات ژنتیکی را از DNA به ماشین آلات پروتئین سازی 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. مثلا:
واکسنهای mRNA میتوانند پاسخ ایمنی را در برابر یک پاتوژن خاص، مانند کروناویروس جدید که باعث COVID{0}} 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 خود، 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 شامل:
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 کلاهک 0، درپوش 1 و درپوش 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 کاربردی یا توالی سیگنال، یا افزودن عناصر خودتقویت شونده 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 پسودوریدین یا N1-متیل پسئودوریدین 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 شامل:
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. چند نمونه از PNP ها پلی اتیلنیمین (PEI)، پلی (لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید) (PLGA) و کیتوزان هستند.
نانوامولسیونهای کاتیونی (CNEs): قطرات امولسیونهای روغن در 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 نمونههای CNE عبارتند از DOTAP/DOPE، DOTAP/کلسترول و DOTAP/MCT.
سایر سیستمهای تحویل mRNA: برخی از انواع دیگر حاملهایی که برای تحویل mRNA کشف شدهاند عبارتند از mRNA متراکم با پروتامین، اگزوزومها، وزیکولهای خارج سلولی (EVs)، سیلیس مزوپور، و فسفات کلسیم (CaP).
کاربردهای mRNA درمانی چیست؟
درمان mRNA پتانسیل درمان طیف گسترده ای از بیماری ها، از بیماری های عفونی گرفته تا اختلالات متابولیک، از سرطان تا بیماری های قلبی عروقی و از بیماری های 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-CoV، ویروس آنفولانزا، HIV، ویروس سنسیشیال تنفسی (RSV)، ویروس هرپس سیمپلکس (HSV)، ویروس واریسلا زوستر القا کنند. (VZV)، سیتومگالوویروس انسانی (HCMV)، ویروس هاری، و ویروس دنگی. 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 مزایای متعددی نسبت به پروتئین درمانی است، مانند اجتناب از ایمنی زایی، افزایش فراهمی زیستی، و کاهش دوز و فرکانس.
ویرایش ژن mRNA: ویرایش ژن mRNA می تواند ژنوم یک سلول را در بیماری های مختلف، مانند کم خونی داسی شکل، بتا تالاسمی، بیماری هانتینگتون، دیستروفی عضلانی دوشن، و فیبروز کیستیک تغییر دهد. ویرایش ژن mRNA دارای چندین مزیت نسبت به ژن درمانی مبتنی بر DNA است، مانند اجتناب از ادغام در ژنوم میزبان، کاهش اثرات خارج از هدف و افزایش ویژگی و کارایی.
سلول درمانی mRNA: سلول درمانی mRNA می تواند عملکرد یک 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؟
درمان mRNA یک زمینه امیدوارکننده و نوظهور از بیوتکنولوژی است که پتانسیل زیادی در درمان بیماریهای 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 شامل:
-بهبود پایداری و کارایی تحویل مولکول های mRNA در داخل بدن
-کاهش ایمنی زایی و سمیت مولکول ها و حامل های mRNA
-بهینه سازی سطح بیان و مدت زمان پروتئین های کدگذاری شده با mRNA
- توسعه پروتکل های استاندارد و اقدامات کنترل کیفیت برای تولید mRNA
- ارزیابی ایمنی و اثربخشی طولانی مدت mRNA درمانی در انسان
-با وجود این چالش ها، فرصت ها و مزایای زیادی نیز وجود دارد که درمان mRNA را به گزینه ای جذاب برای پزشکی آینده تبدیل می کند. این شامل:
- بهره برداری از انعطاف پذیری و تنوع طراحی و سنتز mRNA
-بهره گیری از ایمنی زایی و کمکی ذاتی مولکول های mRNA
- مهار بیان گذرا و برگشت پذیری پروتئین های کدگذاری شده با mRNA
- بررسی اثرات هم افزایی ترکیب درمانی mRNA با سایر روش ها
- تسریع روند توسعه و تایید محصولات mRNA
Prisys Biotechnology، شرکتی که در تحقیقات و خدمات پستانداران غیر انسانی (NHP) برای توسعه داروهای پیش بالینی تخصص دارد. 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 سیستم کمیتسنجی رفتاری سه بعدی مبتنی بر یادگیری عمیق 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.
