Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойБиологияCRISPR делает гигантский скачок вперед в редактировании генов живых животных

CRISPR делает гигантский скачок вперед в редактировании генов живых животных

- Advertisement -

Вирусы с оболочкой получают внешнюю оболочку путем отпочкования от клеток, в которые они проникли. Исследователи CRISPR-Cas9 использовали это поведение для создания транспортных средств на основе оболочки, которые инкапсулируют белки Cas9 (темно-зеленые), направляющие РНК и трансгены. Эти загруженные носители нацелены на определенные типы Т-клеток человека и вторгаются в них, где они одновременно редактируют и вставляют новые гены, превращая Т-клетки в борцов с раком. Фото: Дженни Гамильтон, IGI/UC Berkeley.

«Средства доставки в оболочке», нацеленные на антитела, избирательно редактируют Т-клетки, создавая CAR Т-клетки.

Большинство одобренных сегодня методов генной терапии, в том числе с использованием CRISPR-Cas9, творят чудеса с клетками, удаленными из организма, после чего отредактированные клетки возвращаются пациенту.

Этот метод идеален для воздействия на клетки крови и в настоящее время используется в недавно одобренной генной терапии CRISPR для лечения заболеваний крови, таких как серповидноклеточная анемия, при которой отредактированные клетки крови повторно вводятся пациентам после того, как их костный мозг был разрушен химиотерапией.

Прогресс в доставке CRISPR-Cas9

Новый метод точной доставки CRISPR-Cas9, опубликованный 11 января в журнале. Природная биотехнологияпозволяет редактировать гены в очень специфических подмножествах клеток, пока они еще находятся в организме. Это шаг к методу программируемой доставки, который устранит необходимость уничтожать костный мозг и иммунную систему пациентов, прежде чем давать им отредактированные клетки крови.

Способ доставки, разработанный в Калифорнийский университет, БерклиЛаборатория Дженнифер Дудна, соавтора технологии редактирования генома CRISPR-Cas9, включает в себя упаковку белков редактирования Cas9 и направляющих РНК в мембранный пузырь, украшенный кусочками моноклональных антител, которые воздействуют на определенные типы клеток крови.

Исследование замаскированных вирусных оболочек

В качестве демонстрации Дженнифер Гамильтон, исследователь CRISPR в лаборатории Дудны Института инновационной геномики (IGI), нацелилась на клетку иммунной системы — Т-клетку — которая является отправной точкой для революционного лечения рака, называемого химерным антигенным рецептором. (CAR) Т-клеточная терапия. Гамильтон и ее коллеги лечили живых мышей, у которых была гуманизированная иммунная система, и превратили их человеческие Т-клетки в CAR Т-клетки, способные атаковать и уничтожать другой класс иммунных клеток — В-клетки.

По словам Гамильтона, этот подвиг стал доказательством принципа, показав потенциал использования этого метода доставки — средств доставки в оболочке — для нацеливания и редактирования клеток крови и, возможно, других типов клеток у живых животных (в естественных условиях) и, в конечном итоге, люди.

«Наш подход предполагает мультиплексирование молекул-мишеней, то есть наличие двух или более молекул-мишеней на наших частицах, которые взаимодействуют со своей клеткой-мишенью, что-то вроде вентиля И в компьютере», — сказал Гамильтон, имея в виду логические схемы, которые работают только тогда, когда происходят два события. одновременно. «Мы смогли добиться более эффективной доставки, когда частицы связывались с помощью двух взаимодействий антитела-лиганда. После лечения мышей векторами, нацеленными на Т-клетки, мы наблюдали геномную инженерию в интересующем нас типе клеток, Т-клетках, а не в гепатоцитах печени».

По ее словам, высокоспецифичное нацеливание затруднено для всех методов доставки генов в клетки. В частности, клетки печени часто принимают средства доставки, направленные в другие места.

Гамильтон и ее команда исследуют один из нескольких экспериментальных методов генной терапии. Многие используют внешнюю оболочку инкапсулированных вирусов — вирусы очищаются и наполняются корректирующими трансгенами или инструментами редактирования генов, такими как CRISPR-Cas9. Другие методы, в том числе тот, который изучают исследователи из IGI, основаны на прямом введении мышам проникающих в клетку белков Cas9 для редактирования генома.

Гамильтон, которая изучала оболочечные вирусы, такие как грипп, для своей докторской диссертации, сосредоточилась на разработке этого класса вирусов, поскольку они имеют более гибкую внешнюю оболочку, состоящую из внешней мембраны клетки, из которой они отпочковались.

В публикации 2021 года она продемонстрировала, что внешняя оболочка ВИЧ-1 вирускоторый был выпотрошен и наполнен Cas9 и который она назвала вирусоподобной частицей (VLP), мог редактировать Т-клетки в культуре (ex vivo) и конвертировать их в CAR Т-клетки. С тех пор она настолько изменила вирусную оболочку, что теперь называет их средствами доставки в оболочке, или EDV.

Одним из ключевых аспектов EDV является то, что их внешняя оболочка может быть легко декорирована более чем одним фрагментом антитела или нацеливающим лигандом, что значительно повышает специфичность нацеливания. Другие средства доставки генов, такие как аденоассоциированные вирусы и липидные наночастицы, оказалось труднее нацелить точно.

«Предпринимаются попытки перенаправить все эти векторы, чтобы они имели специфичность к одному типу клеток, и перенацелить их на доставку к другим типам клеток», — сказал Гамильтон. «Вы можете отображать антитела или фрагменты антител, как мы это делали, но поглощение клетками-свидетелями все еще довольно велико. Вы можете сместить доставку в один тип клеток, но вы все равно можете наблюдать поглощение в клетках-свидетелях. В нашей статье мы фактически заглянули в печень, чтобы увидеть, не происходит ли нецелевая доставка, и не увидели ничего. Я думаю, что было бы сложнее добиться этого с помощью более традиционного вирусного вектора без оболочки или липидных наночастиц».

Т-клеточная терапия CRISPR CAR in vivo

В статье Гамильтон и ее коллеги попытались воспроизвести в естественных условиях а ex vivo Т-клеточная терапия CRISPR CAR успешно применяется больным раком сообщил в Наука в 2020 году. Эта терапия не только доставила трансген для рецептора, нацеленного на раковые клетки, но и уничтожила с помощью CRISPR рецепторы, не нацеленные на рак.

Исследователям из Калифорнийского университета в Беркли удалось вывести из строя нативный рецептор Т-клеток и доставить трансген для рецептора, нацеленного на В-клетки — прокси-сервер раковых клеток. Поскольку белок Cas9 был доставлен вместе с трансгеном в одном и том же EDV, его продолжительность жизни была короче, чем у методов, которые доставляют ген Cas9, что приводит к меньшему количеству нецелевых изменений.

«То, чего мы пытались достичь в этой статье, — сказал Гамильтон, — это пропустить весь этап создания клеток вне тела. Мы стремились системно применять один вектор, который осуществлял бы как доставку генов, так и нокаут генов в определенных типах клеток внутри организма. Мы использовали эту стратегию доставки для создания CAR T-клеток с отредактированными генами. в естественных условияхв надежде, что мы сможем оптимизировать сложный процесс, используемый для производства генно-отредактированных CAR Т-клеток. ex vivo».

Будущие направления и доступность

Дудна и ее лаборатория продолжают повышать эффективность доставки, опосредованной EDV. Гамильтон, ранее работавшая научным сотрудником в лаборатории Дудны, продолжает развивать этот метод доставки в качестве научного сотрудника программы IGI «Женщины в предприимчивой науке». Основная причина, по которой лаборатория сосредоточила внимание на работающих векторах в естественных условиях заключается в том, чтобы сделать CRISPR-терапию более доступной и дешевой. В недавнем сочинение В журнале Wired Дудна упомянул о несправедливости сегодняшней дорогостоящей генной терапии, отчасти из-за длительного пребывания в больнице, которое требуется, когда пациент подвергается трансплантации костного мозга.

«По прогнозам, терапия серповидноклеточной анемии будет стоить более 2 миллионов долларов на одного пациента, и лишь небольшое количество учреждений в США имеют технологические возможности для ее проведения», — написала Дудна, которая получила Нобелевскую премию по химии 2020 года за свою работу. -изобретение редактирования генома CRISPR-Cas9. «Новые технологии, позволяющие в естественных условиях предоставление методов редактирования генов и улучшение производства будут иметь ключевое значение для снижения цен, равно как и уникальное партнерство между университетами, правительством и промышленностью, объединенное с доступностью как общей целью. Недостаточно просто изготовить инструменты. Мы должны обеспечить, чтобы они дошли до тех, кто в них больше всего нуждается».

Ссылка: «Инженерия Т-клеток человека in vivo с помощью средств доставки с оболочкой», Дженнифер Р. Гамильтон, Эвелин Чен, Барбара С. Перес, Синди Р. Сандовал Эспиноза, Мин Хён Кан, Марена Тринидад, Уэйн Нго и Дженнифер А. Дудна, 11 январь 2024 г., Природная биотехнология.
DOI: 10.1038/s41587-023-02085-z

Помимо Гамильтона и Дудны, другими соавторами статьи являются Эвелин Чен, Барбара Перес, Синди Сандовал Эспиноза, Мин Хён Кан и Марена Тринидад, все они связаны с IGI и отделом молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли, а также Уэйн Нго. Института Гладстона в Сан-Франциско.

Финансирование было предоставлено Национальные институты здоровья (RM1HG009490, U01AI142817-02, U19 64542, 64340), Министерство энергетики США (63645), Emerson Collective и Медицинский институт Говарда Хьюза. Гамильтона поддержали Национальный институт общих медицинских наук (K99GM143461-01A1) и Мемориальный фонд медицинских исследований Джейн Коффин Чайлдс.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме