Νέα εποχή για το εργαλείο CRISPR: Τριπλάσια αποτελεσματικότητα χάρη σε νανοσωματίδια DNA

Η τεχνολογία CRISPR έχει χαρακτηριστεί επαναστατική για τη σύγχρονη ιατρική, με τη δυνατότητα να διορθώνει γονιδιακά σφάλματα και να αντιμετωπίζει πλήθος κληρονομικών ασθενειών. Ωστόσο, η μεγαλύτερη πρόκληση παραμένει η ασφαλής και αποδοτική μεταφορά των μοριακών «εργαλείων» στο εσωτερικό των κυττάρων. Μέχρι σήμερα, οι υπάρχουσες μέθοδοι παρουσίαζαν είτε χαμηλή αποτελεσματικότητα είτε κινδύνους για την υγεία.

Ερευνητές του Northwestern University ανακοίνωσαν ότι βρήκαν μια πρωτοποριακή λύση, δημιουργώντας νανοδομές που πολλαπλασιάζουν την αποτελεσματικότητα του CRISPR, μειώνουν την τοξικότητα και ανοίγουν τον δρόμο για πιο ασφαλή γονιδιακή θεραπεία.

Παρόλο που το CRISPR έχει τη δυνατότητα να «ξαναγράφει» τον γενετικό κώδικα, το ίδιο δεν μπορεί να εισέλθει στα κύτταρα χωρίς βοήθεια. Συνήθως χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι: οι ιοί, που αν και αποτελεσματικοί μπορεί να προκαλέσουν ανεπιθύμητες ανοσολογικές αντιδράσεις, και τα λιπιδικά νανοσωματίδια, τα οποία θεωρούνται πιο ασφαλή αλλά συχνά αποτυγχάνουν να απελευθερώσουν το φορτίο τους στο σωστό σημείο.

Όπως εξηγεί ο Chad A. Mirkin, επικεφαλής της μελέτης και καθηγητής χημείας στο Northwestern, μόνο ένα μικρό ποσοστό του CRISPR καταφέρνει τελικά να φτάσει στον πυρήνα του κυττάρου. Αυτό καθιστά την όλη διαδικασία αναποτελεσματική και συχνά μη πρακτική.

Η ομάδα του Mirkin στράφηκε σε μια εφεύρεση που έχει ήδη αποδείξει την αξία της: τα Σφαιρικά Νουκλεϊκά Οξέα (SNAs). Πρόκειται για σφαιρικές δομές DNA ή RNA που περιβάλλουν έναν νανοπυρήνα. Η σφαιρική αυτή μορφή διευκολύνει την είσοδο των σωματιδίων στα κύτταρα, σε αντίθεση με τις γραμμικές αλυσίδες γενετικού υλικού.

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές κατασκεύασαν νανοσωματίδια LNP-SNAs, δηλαδή λιπιδικούς πυρήνες που μεταφέρουν όλα τα στοιχεία του CRISPR (το ένζυμο Cas9, το RNA καθοδήγησης και το πρότυπο DNA για επιδιόρθωση), τα οποία στη συνέχεια «ντύθηκαν» με ένα πυκνό στρώμα DNA. Αυτό το περίβλημα όχι μόνο προστατεύει το φορτίο, αλλά καθορίζει και σε ποια κύτταρα ή όργανα θα κατευθυνθούν τα νανοσωματίδια, κάνοντας τη μεταφορά πιο στοχευμένη.

Οι δοκιμές σε καλλιέργειες ανθρώπινων και ζωικών κυττάρων απέδειξαν ότι τα νέα σωματίδια εισέρχονται έως και τρεις φορές πιο αποτελεσματικά σε σχέση με τις υπάρχουσες τεχνικές. Το ποσοστό επιτυχίας στη διόρθωση του DNA αυξήθηκε πάνω από 60%, ενώ η τοξικότητα για τα κύτταρα μειώθηκε δραματικά.

Σε σύγκριση με τα λιπιδικά νανοσωματίδια που χρησιμοποιήθηκαν στα εμβόλια για τον COVID-19, τα LNP-SNAs όχι μόνο ξεπέρασαν την απόδοση, αλλά και περιόρισαν σημαντικά τις ανεπιθύμητες επιδράσεις. Αυτό δείχνει πως η δομή του νανοϋλικού, και όχι απλώς η χημική του σύνθεση, μπορεί να κάνει τη διαφορά στην αποτελεσματικότητα.

Η ανακάλυψη αυτή εντάσσεται σε ένα νέο πεδίο που αποκαλείται δομική νανοϊατρική, το οποίο δίνει έμφαση στον ρόλο της δομής των νανοϋλικών για την ιατρική τους δράση. Ο Mirkin, πρωτοπόρος στη νανοτεχνολογία, έχει ήδη οδηγήσει τα SNAs σε κλινικές δοκιμές για διάφορες θεραπείες, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του Merkel cell.

Το CRISPR έχει τη δύναμη να διορθώσει γονιδιακές ανωμαλίες και να μειώσει την ευπάθεια σε πλήθος ασθενειών. Το μεγάλο ζητούμενο είναι να φτάσει στα σωστά κύτταρα και στους σωστούς ιστούς. Με τις SNAs προσφέρουμε στο CRISPR ένα όχημα που αυξάνει θεαματικά την αποδοτικότητά του.

Η ομάδα σχεδιάζει τώρα να προχωρήσει σε πειράματα με ζωικά μοντέλα για να αξιολογήσει τη λειτουργία των LNP-SNAs σε πραγματικές συνθήκες ασθένειας. Το πλεονέκτημα της πλατφόρμας είναι η ευελιξία της: μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικά συστήματα και θεραπευτικές εφαρμογές, διευρύνοντας τις πιθανότητες αξιοποίησής της.

[via]