گلبول قرمز به کمک ژن درمانی آمد
به گزارش ما دیجیتال، محققان با ایده گرفتن از ساختار گلبول های قرمز، نسل جدیدی از نانوحامل های درمانی را توسعه دادند که می توانند مواد ژنتیکی، پروتئین ها وحتی ویروس های مورد استفاده در ژن درمانی را در خود جای دهد.
به گزارش ما دیجیتال به نقل از مهر، این نانوحامل ها با استفاده از چربی های به دست آمده از گلبول های قرمز و فناوری میکروسیالات تولید شده اند و در آزمایش های حیوانی توانسته اند از شناسایی و حذف توسط برخی سلول های سیستم ایمنی فرار کنند و با این وجود برای هدف گیری سلول های سرطانی مهندسی شوند.
گلبول های قرمز که در نگاه نخست فقط مسئول حمل اکسیژن در بدن به نظر می رسند، حال الهام بخش یک تکنولوژی جدید در حوزه پزشکی نانومقیاس شده اند. محققان دانشگاه ایالتی اوهایو با استفاده از چربی های موجود در غشای این سلول ها، نانوحامل هایی ساخته اند که می توانند طیف متنوعی از مواد درمانی را در بدن جابه جا کنند؛ از مولکول های ژنتیکی و پروتئین ها گرفته تا ویروس هایی که در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند.
این پژوهش که نتایج آن در مجله مواد پیشرفته مراقبت سلامت (Advanced Healthcare Materials) انتشار یافته است، نشان داده است میتوان از خاصیت های طبیعی گلبول های قرمز برای ساخت سیستمهایی بهره گرفت که هم زیست سازگاری مناسبی دارند و هم قابلیت مهندسی و کنترل دقیق آنها وجود دارد.
اساس این فناوری، ساخت نوعی وزیکول خارج سلولی (Extracellular Vesicle یا EV) است. وزیکول های خارج سلولی ذرات خیلی کوچکی هستند که بطور طبیعی از سلول ها منشاء می گیرند و می توانند محموله های زیستی را از یک سلول به سلول دیگر منتقل کنند. این ساختارها در فرآیندهای مختلف بدن، از سلامت گرفته تا بیماری، نقش دارند و سال هاست محققان در تلاش اند از ظرفیت آنها برای انتقال دارو و مواد درمانی بهره گیرند.
با این حال، استفاده مستقیم از وزیکول های طبیعی گلبول قرمز با یک مشکل مهم همراه بود: تولید انبوه و بارگذاری انواع مختلف محموله درمانی در آنها دشوار است. محققان برای حل این مشکل، بجای آنکه فقط از چارچوب های طبیعی استفاده کنند، به سراغ مهندسی نانوساختارها رفتند.
در روش جدید، چربی های استخراج شده از گلبول های قرمز با استفاده از فناوری میکروسیالات (Microfluidics) به وزیکول های مهندسی شده تبدیل می شوند. مزیت مهم این شیوه آنست که محموله درمانی می تواند همزمان با ایجاد وزیکول وارد آن شود؛ بدین سبب دیگر نیازی نیست بعد از ساخت نانوحامل، یک مرحله جداگانه برای بارگذاری ماده درمانی صورت گیرد.
ادواردو رِآتِگویی، استاد مهندسی شیمی و زیست مولکولی دانشگاه ایالتی اوهایو و نویسنده ارشد این مطالعه، می گوید ترکیب چربی این نانوحامل ها شباهت زیادی به وزیکول های طبیعی گلبول قرمز دارد. به قول او، این خاصیت امکان حفظ بخشی از مزیت های زیستی این ذرات، همچون زیست سازگاری بالا، را فراهم می کند؛ در صورتیکه محققان می توانند ترکیب و محتوای نانوحامل را با کنترل بیشتری تنظیم کنند.
نکته جالب تر اینست که ماده اولیه این فناوری از گلبول های قرمز تاریخ مصرف گذشته تامین می شود. این گلبول ها از لابراتوار آندره پالمر، استاد مهندسی شیمی و زیست مولکولی دانشگاه ایالتی اوهایو، به دست آمده اند؛ آزمایشگاهی که از هموگلوبین موجود در این سلول ها برای توسعه جایگزین های گلبول قرمز بهره می گیرد.
از این منظر، تکنولوژی جدید علاوه بر ظرفیت درمانی، یک مزیت زیست محیطی و اقتصادی نیز دارد. گلبول های قرمز تاریخ مصرف گذشته دیگر امکان تزریق به بیمار را ندارند و در وضعیت معمول دور ریخته می شوند، اما محققان می توانند از چربی های آنها به عنوان ماده اولیه برای تولید نانوحامل های درمانی بهره گیرند.
یکی از مهم ترین قابلیت های این نانوحامل ها، امکان فرار از سیستم ایمنی است. محققان با قرار دادن یک پپتید معروف به CD۴۷ روی سطح خارجی وزیکول ها، توانستند احتمال شناسایی آنها به عنوان ذرات بیگانه و بلعیده شدنشان توسط ماکروفاژها را کاهش دهند.
CD۴۷ در زیست شناسی سلولی نقش نوعی علامت «خودی» را ایفا می کند و وجود آن روی سطح سلول ها می تواند از حذف آنها بوسیله سیستم ایمنی پیشگیری کند. محققان با الهام از همین سازوکار، این خاصیت را به سطح نانوحامل های مهندسی شده منتقل کردند تا ذرات بتوانند مدت بیشتری در بدن باقی بمانند و فرصت بیشتری برای رسیدن به بافت هدف داشته باشند.
آزمایش های انجام شده روی موش ها نشان داد که این وزیکول های مهندسی شده می توانند در جریان خون باقی بمانند و در چندین اندام توزیع شوند؛ الگویی که شباهت هایی با رفتار وزیکول های خارج سلولی طبیعی دارد. در بین بافت های مختلف، تجمع قابل توجه این نانوحامل ها در ریه ها مشاهده شد؛ خاصیت ای که می تواند برای توسعه درمان های هدفمند بیماریهای در رابطه با این اندام اهمیت ویژه ای داشته باشد.
اما محققان تنها به افزایش ماندگاری نانوحامل ها در بدن اکتفا نکردند. آنها قابلیت هدف گیری سلول های سرطانی را نیز به این سیستم اضافه کردند. برای این منظور، مولکول هایی که پروتئین PD-L۱ را شناسایی می کنند، روی سطح وزیکول ها قرار گرفتند. بخشی از این نانوبادی های ضد PD-L۱ در لابراتوار یکی از محققان این پروژه توسعه یافته بود.
نتایج آزمایش ها نشان داد که وزیکول های مجهز به این مولکول های هدف گیر، در تومورهای سرطان پستان دارای PD-L۱، جذب بیشتری دارند. اهمیت این مساله در آنست که PD-L۱ یکی از مولکول های مهم در تعامل میان سلول های سرطانی و سیستم ایمنی به حساب می آید و در بعضی رویکرد های درمان سرطان، هدف قرار می گیرد.
فناوری جدید همین طور از نظر اندازه محموله ای که می تواند حمل کند، انعطاف پذیری قابل توجهی دارد. برعکس خیلی از نانوحامل ها که برای انتقال مولکول های کوچک تر طراحی شده اند، روش میکروسیالاتی این گروه امکان قرار دادن محموله های نسبتاً بزرگ، همچون پروتئین های کامل و ویروس های وابسته به آدنو (AAV) را فراهم می آورد. AAV یکی از سیستم های شناخته شده برای انتقال مواد ژنتیکی در خیلی از روشهای ژن درمانی است.
پژوهشگران جهت بررسی این توانایی، ذرات AAV را درون وزیکول های مهندسی شده مشتق شده از گلبول قرمز قرار دادند. آزمایش ها نشان دادند که محصور کردن AAV در این ساختار، عملکرد آن در انتقال ژن به سلول ها را از بین نمی برد. افزون بر این، نانوحامل توانست از AAV در مقابل آنتی بادی های خنثی کننده محافظت کند؛ مسئله ای که می تواند در توسعه برخی روشهای ژن درمانی اهمیت داشته باشد.
پژوهشگران حتی احتمال می دهند این فناوری در بعضی جنبه ها بتواند عملکردی مشابه درمان های پیشرفته ای مانند سلول های CAR-T داشته باشد؛ البته این مقایسه به مفهوم جایگزینی مستقیم CAR-T با این نانوحامل ها نیست، بلکه به قابلیت برنامه ریزی و هدف گیری اختصاصی آنها اشاره دارد.
در چشم انداز آینده، گروه پژوهشی دانشگاه ایالتی اوهایو می خواهد تمرکز خودرا بر ژن درمانی و انتقال داروهای منتخب افزایش دهد؛ بخصوص درمان هایی که بتوانند از تمایل این وزیکول ها به تجمع در ریه ها بهره ببرند.
این پژوهش نمونه ای از تغییر رویکرد در طراحی نانوحامل های پزشکی است. بجای ساخت یک ماده بطورکامل مصنوعی و سعی برای سازگار کردن آن با بدن، محققان بخشی از طراحی خودرا از زیست شناسی طبیعی بدن وام گرفته اند و سپس با ابزارهای مهندسی، همان الگو را برای کاربرد درمانی بهینه کرده اند.
البته این فناوری هنوز در مرحله پژوهش و ارزیابی پیش بالینی قرار دارد و فاصله میان نتایج آزمایشگاهی و استفاده درمانی در انسان بازهم قابل توجه است. ایمنی بلندمدت، کنترل دقیق توزیع نانوحامل، مقدار و نوع محموله، احتمال واکنش های ایمنی و اثربخشی در انسان همچون مسائلی هستند که باید در مطالعات آینده بررسی شوند.
با وجود این محدودیت ها، استفاده از گلبول های قرمز تاریخ مصرف گذشته برای ساخت نانوحامل هایی با قابلیت حمل محموله های پیچیده، فرار نسبی از سیستم ایمنی و هدف گیری سلول های خاص، نشان داده است که مرز میان زیست شناسی طبیعی و مهندسی نانو بالاتر از گذشته درحال محو شدن است. در صورت موفقیت مطالعات آینده، چنین سیستمهایی می توانند به یکی از ابزارهای مهم برای رساندن دقیق تر ژن، پروتئین و دارو به نقاط موردنظر در بدن تبدیل شوند.
حرف آخر اینکه از این منظر، فناوری جدید علاوه بر ظرفیت درمانی، یک مزیت زیست محیطی و اقتصادی هم دارد. محققان با ایده گرفتن از همین سازوکار، این خاصیت را به سطح نانوحامل های مهندسی شده منتقل کردند تا ذرات بتوانند مدت بیشتری در بدن باقی بمانند و فرصت بیشتری برای رسیدن به بافت هدف داشته باشند. تکنولوژی جدید همینطور از نظر اندازه محموله ای که می تواند حمل کند، انعطاف پذیری قابل توجهی دارد.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب