CRISPR-ს გენეტიკური კოდის გადაწერა შეუძლია და მას უდიდესი პოტენციალი აქვს. მეორე მხრივ, სანამ მეცნიერები ამ გენომის რედაქტირების მექანიზმს უსაფრთხოდ და ეფექტიანად არ მიიტანენ შესაბამის უჯრედებსა და ქსოვილებში, ეს პოტენციალი გამოუყენებელი დარჩება.

და, აი, ახლა ნორთვესტერნის უნივერსიტეტის ქიმიკოსებმა ნანოსტრუქტურის ახალი ტიპი წარადგინეს, რომელიც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს CRISPR-ის მიწოდებას და შესაძლოა, მისი გამოყენების ფარგლებიც გააფართოოს.

ამ უმცირეს სტრუქტურებს ლიპიდური ნანონაწილაკების სფერული ნუკლეინის მჟავებს (LNP-SNAs) უწოდებენ. სწორედ მათი გამოყენებით მოხდა CRISPR-ის გენეტიკური რედაქტირების ხელსაწყოების (Cas9, რნმ, დნმ შაბლონი) უჯრედებში უსაფრთხოდ და ეფექტიანად მიტანა. პატარა სტრუქტურები სრულად იფარება დამცავი დნმ-ით. ეს საფარი არა მხოლოდ იცავს CRISPR-ის კომპონენტებს, არამედ განსაზღვრავს, რომელი ორგანოები და ქსოვილები მიაღწევენ ნანონაწილაკებს.

ლაბორატორიულ ტესტებში, ადამიანისა და ცხოველის უჯრედებში, LNP-SNA-ები უჯრედებში სამჯერ უფრო მარტივად მოხვდა, ვიდრე COVID-19 ვაქცინების სტანდარტული ლიპიდური ნაწილაკები. ახალი ნანონაწილაკები ნაკლებად ტოქსიკურიც აღმოჩნდა და მთლიანობაში, დნმ-ის მოდიფიკაციის მაჩვენებელი 60%-ით გაუმჯობესდა.

კვლევა 5 სექტემბერს ჟურნალ Proceedings of the National Academy of Sciences-ში გამოქვეყნდა.

ეს კვლევა გზას უხსნის უფრო უსაფრთხო და სანდო გენეტიკურ მედიკამენტებს და უსვამს ხაზს იმას, თუ რამდენად მნიშვნელოვანია ნანომასალის სტრუქტურა. სწორედ ამ პრინციპზეა დაფუძნებული სტრუქტურული ნანომედიცინა, ახალი მიმართულება, რომლის პიონერია ქიმიკოსი ჩედ ა.მირკინი.

"CRISPR არის წარმოუდგენლად ძლიერი ინსტრუმენტი, რომელიც შეგვიძლია გამოვიყენოთ გენებში არსებული დეფექტების გამოსასწორებლად. ამით შემცირდება დაავადებებისადმი მიდრეკილება და ზოგჯერ თავად დაავადებაც კი აღმოიფხვრება. მეორე მხრივ, CRISPR-ის მიტანა იმ უჯრედებსა და ქსოვილებში, სადაც ის მართლაც საჭიროა, რთული ამოცანაა. საჭირო უჯრედებში მოხვედრა თითქმის პატარა სასწაულის ტოლფასია. ჩვენი მიზანი იყო CRISPR-ის ეფექტიანობის მაქსიმიზაცია და იმ უჯრედებისა თუ ქსოვილების ტიპების გაფართოება, სადაც მისი შეტანა შეგვიძლია", — განაცხადა მირკინმა, რომელიც ახალ კვლევას ხელმძღვანელობდა.

CRISPR-ს სჭირდება დახმარება

როდესაც CRISPR-ის მექანიზმი უჯრედის შიგნით თავის სამიზნეს აღწევს, მას შეუძლია გენების გამორთვა, მუტაციების გასწორება, ახალი ფუნქციების დამატება და სხვა. მეორე მხრივ, CRISPR-ის მექანიზმს არ შეუძლია უჯრედებში დამოუკიდებლად შეღწევა. ის იქამდე უნდა მივიტანოთ.

ამჟამად, მეცნიერები ამ ფუნქციის შესასრულებლად ვირუსულ ვექტორებსა და ლიპიდურ ნანონაწილაკებს (LNPs) იყენებენ. ეს მეთოდი ეფექტურია, მაგრამ შედეგად ადამიანის ორგანიზმში იმუნური პასუხის გამოწვევა ხდება, რაც მტკივნეულ ან თუნდაც საშიშ გვერდით ეფექტებს იწვევს. მეორე მხრივ, LNPs უფრო უსაფრთხოა, მაგრამ ნაკლებად ეფექტური. ისინი, როგორც წესი, ენდოსომებში, ანუ უჯრედის შიგნით არსებულ განყოფილებებში იჭედებიან, სადაც მათ არ შეუძლიათ თავიანთი ტვირთის გამოყოფა.

"CRISPR მექანიზმის მხოლოდ მცირე ნაწილი აღწევს უჯრედში და კიდევ უფრო მცირე ნაწილი აღწევს ბირთვამდე. კიდევ ერთი სტრატეგიაა უჯრედების სხეულიდან ამოღება, CRISPR-ის კომპონენტების შეყვანა და შემდეგ უჯრედების ხელახლა ჩასმა — ეს უკიდურესად არაეფექტური და არაპრაქტიკულია", — აღნიშნა მირკინმა.

დნმ-ით შეფუთული გადამტანი

ამ ბარიერის დასაძლევად, მირკინის გუნდმა ისეთი SNA-ები გამოიყენა, რომლებიც დნმ-ისა და რნმ-ის გლობულურ — და არა ხაზოვან — ფორმებს წარმოადგენს. ისინი მირკინის ლაბორატორიაში, ნორთვესტერნში, გამოიგონეს. სფერული გენეტიკური მასალა აკრავს ნანონაწილაკების ბირთვს. ამ დაახლოებით 50 ნანომეტრი დიამეტრის მქონე პაწაწინა სტრუქტურებს აქვთ უნარი, შეაღწიონ უჯრედებში მიზნობრივი მიწოდებისთვის. შვიდი SNA-ზე დაფუძნებული თერაპია უკვე გადის ადამიანებზე კლინიკურ კვლევებს.

ახალ კვლევაში მირკინის გუნდმა დაიწყო LNP ბირთვით, რომლის შიგნითაც CRISPR მექანიზმი იყო მოთავსებული. შემდეგ მათ ნაწილაკის ზედაპირი დნმ-ის მოკლე ჯაჭვების მკვრივი ფენით დაფარეს. რადგან დნმ-ს შეუძლია უჯრედის ზედაპირულ რეცეპტორებთან ურთიერთქმედება, უჯრედები ადვილად ითვისებენ SNA-ებს. დნმ ასევე შეიძლება შეიქმნას კონკრეტული ტიპის უჯრედებისთვის განკუთვნილი თანმიმდევრობებით, რაც მიწოდებას უფრო შერჩევითს ხდის.

"ნაწილაკების სტრუქტურაში მარტივმა ცვლილებებმა შეიძლება მკვეთრად შეცვალოს უჯრედის მიერ მისი აღქმის უნარი. უჯრედები აქტიურად აღიქვამენ SNA-ებს და სწრაფად ითვისებენ მათ", — ამბობს მირკინი.

CRISPR-ს შეუძლია მედიცინის მთელი სფერო შეცვალოს. მეორე მხრივ, მიწოდების მეთოდი ისეთივე მნიშვნელოვანია, როგორც თავად გენეტიკური ინსტრუმენტები. ორი ძლიერი ბიოტექნოლოგიის — CRISPR-ისა და SNA-ების — გაერთიანებით მეცნიერებმა შეიძლება შეიმუშაონ სტრატეგია, რომელსაც შეუძლია CRISPR-ის სრული თერაპიული პოტენციალის ათვისება. ამ ეტაპზე კი, ახალი კვლევის ხარჯზე, მეცნიერებმა CRISPR სამჯერ უფრო ეფექტიანი გახადეს.