Этот подход предлагает явные преимущества по сравнению с другими видами генной терапии, которые в настоящее время исследуются, сказал Ричард Тэплин Мур MS’11, докторант по биоинженерии в UT Dallas. Он является ведущим автором исследования, описывающего новую технику, в номере журнала Nucleic Acids Research от 30 января.«В других подходах к генной терапии доставляемые терапевтические генетические сообщения могут сохраняться в пациенте в течение длительного времени, потенциально сохраняясь на протяжении всей жизни пациента», — сказал Мур. «Эта необратимость — одна из причин, по которой генные терапии так трудно получить одобрение».
В исследовании UT в Далласе описываются экспериментальные эксперименты, в которых гену, несущему инструкции для производства определенного белка, приказывают самоуничтожиться, как только клетка «прочитала» инструкции и произвела определенное количество белка. В своих экспериментах с изолированными клетками почек человека исследовательская группа успешно доставила — а затем уничтожила — тестовый ген, который производит красный флуоресцентный белок.Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, может ли эта система работать в живых организмах и насколько хорошо; но Мур сказал, что конечной целью является усовершенствование метода доставки генов, которые производят терапевтические белки или лекарства. Природа системы доставки генов предлагает больший контроль над тем, сколько протеина ген производит в клетках или тканях.
Поскольку он не изменяет клетку навсегда, этот метод также позволяет избежать потенциальных проблем со здоровьем, которые могут возникнуть, если ген будет доставлен в неправильное место в геноме клетки.«Наша цель состояла в том, чтобы создать систему доставки терапевтических генов, которые будут самоуничтожаться, что даст нам больший контроль над доставленной ДНК за счет ограничения времени, в течение которого она находится в клетках», — сказал Мур.Гены, расположенные в ядре каждой клетки человека, состоят из ДНК и содержат инструкции по созданию белков.
Машины внутри каждой клетки «читают» инструкции и создают эти белки, которые затем выполняют различные функции, необходимые для поддержания жизни. Дефектные или мутировавшие гены могут привести к сбоям в работе или отсутствию белков, что приведет к заболеванию.
Генная терапия направлена ??на замену дефектных генов здоровыми версиями. Обычно хорошие гены упакованы с помощью механизма доставки, называемого вектором, который транспортирует генетический материал внутри клеток.
При традиционных подходах, попав в клетку, ген навсегда интегрируется в ДНК клетки.Хотя этот вид генной терапии перспективен, он также несет в себе риски. Если терапевтический ген вставлен в неправильное место в ДНК клетки, например, слишком близко к гену, связанному с раком, процесс может активировать дополнительные болезнетворные гены, что приведет к пожизненным проблемам со здоровьем пациента. В то время как многие клинические испытания генной терапии в настоящее время проводятся во всем мире, на сегодняшний день Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов не одобрило продажу каких-либо продуктов для генной терапии человека в США.
Исследователи UT Dallas подошли к проблеме с нуля, используя синтетическую биологию. Они объединили гены коровы, морского анемона, бактерий и вируса, поражающего насекомых, и разместили эти гены в векторе доставки. Каждый ген выполняет определенную функцию в своем естественном организме, но новая конфигурация позволила использовать эти функции по-новому.
Например, один из бактериальных генов в векторе содержит инструкции по созданию белка под названием Cas9, который может расщеплять и разрушать другие гены. В бактериях Cas9 помогает бороться с вторгающимися организмами; но в синтетическом векторе он был спроектирован как механизм самоуничтожения, нацеленный на сам вектор.«Когда мы только начинали, мы называли этот проект« Миссия невыполнима », чтобы отразить первоначальную сложность в достижении нашей цели и отразить судьбу сообщений в теле- и кинофраншизе« Миссия невыполнима », где незамедлительно даны инструкции группе секретных агентов. самоуничтожаются после того, как их прочитали или услышали », — сказал доктор Леонидас Блерис, доцент кафедры биоинженерии в UT Dallas и старший автор исследования.
«В наших экспериментах механизмы клетки« считывают »инструкции в векторе и из этого создают флуоресцентный белок, а также белок, который разрушает сам вектор».Блерис сказал, что этот метод перспективен не только для доставки генов, производящих терапевтические белки, но и для защиты интеллектуальной собственности.«С помощью этого метода фармацевтические компании могли бы доставить терапевтический вектор, а затем измельчить его. Он не может быть восстановлен кем-то другим, кто может захотеть его реконструировать», — сказал Блерис.
Мур благодарит группу студентов UT Dallas за ключевую роль в успехе проекта: Алек Спинхирн, Майкл Лай и Саманта Прайссер — все соавторы исследования. Остальные соавторы — доктор Ли Ли, научный сотрудник и научный сотрудник Тэк Канг.
«Мне нравится работать в лаборатории со студентами, которые намного умнее меня», — сказал Мур. «Они помогали с компьютерным моделированием и математическим моделированием, а также с клонированием и анализом данных. Они очень мотивированы, и их отношение положительное — это заразительно».