Gesundheit

Könnte gold sein, die Schlüssel zu machen Gentherapie für HIV, Bluterkrankungen mehr zugänglich? Gold-Nanopartikel, beladen mit CRISPR-und andere gen-editing-tools sicher und effektiv bearbeitet Blut-Stammzellen

Wissenschaftler am Fred Hutchinson Cancer Research Center haben einen Schritt in Richtung Herstellung gen-Therapie mehr praktisch durch die Vereinfachung der Art und Weise gene-editing-Anleitung geliefert werden, zu den Zellen. Mit einer gold-Nanopartikel statt eines inaktivierten virus, Sie sicher geliefert gene-editing-tools im Labor die Modelle von HIV und vererbte Blutkrankheiten, als gemeldet, Können 27 in Natur-Materialien.

Es ist das erste mal, dass gold-Nanopartikel, beladen mit CRISPR wurde verwendet, um edit-Gene in eine seltene, aber mächtige Teilmenge von Blut-Stammzellen, die Quelle aller Blutzellen. Die CRISPR-tragen von gold-Nanopartikeln führte zu einer erfolgreichen gen-editing in Blut-Stammzellen, bei der keine toxische Wirkung.

„Als gen-Therapien durch klinische Studien und Patienten genutzt werden, wir brauchen einen mehr praktischen Ansatz,“, sagte senior-Autor Dr. Jennifer Adair, ein Assistent Mitglied der Klinischen Forschungs-Abteilung an Fred-Kaninchenstall, hinzufügen, dass die aktuellen Methoden der Durchführung von gen-Therapie nicht zugänglich sind, um Millionen von Menschen rund um die Welt. „Ich wollte etwas einfacheres, etwas, das passiv liefern, gen, Bearbeitung von Blut-Stammzellen.“

Während CRISPR gemacht hat Sie schneller und einfacher zu genau liefern genetische Modifikationen in das Genom, es hat immer noch Herausforderungen. Erste Zellen, zu akzeptieren CRISPR-gen-editing-tools beinhaltet einen kleinen elektrischen Schock, Schaden kann und sogar töten die Zellen. Und wenn die genaue gen-änderungen erforderlich sind, dann weitere Moleküle müssen entwickelt werden, um Ihnen gerecht zu werden — das hinzufügen von Kosten und Zeit.

Gold-Nanopartikel sind eine vielversprechende alternative, weil die Oberfläche von diesen kleinen Kugeln (etwa 1 Milliardstel der Größe von einem Körnchen Kochsalz) können andere Moleküle leicht zu halten und bleiben eingehalten.

„Wir entwickelten das gold-Nanopartikel zu schnell überqueren die Zellmembran, dodge Zellorganellen, die danach trachten, Sie zu zerstören und gehen Sie nach rechts, um den Zellkern zu Bearbeiten, Gene“, sagte Dr. Reza Shahbazi, ein Fred Hutch Postdoc gearbeitet hat, mit gold-Nanopartikeln, die für die Drogen-und gen-Lieferung für sieben Jahre.

Shahbazi aus der gold-Partikel aus Labor-grade gold, wird gereinigt und kommt als Flüssigkeit in einem kleinen Labor Flasche. Er mischte das gereinigte gold in eine Lösung, die bewirkt, dass die einzelnen gold-Ionen zu bilden winzige Teilchen, die die Forscher dann gemessen, für die Größe. Sie fanden, dass eine bestimmte Größe — 19 Nanometer breit-das war das beste für groß und klebrig genug, um add-gen-Bearbeitung von Materialien auf der Oberfläche der Partikel, während immer noch klein genug für die Zellen zu absorbieren.

Verpackt auf der gold-Partikel, die Fred Hutch-team noch diese gen-editing-Komponenten (Diagramm vorhanden):

  • Eine Art molekulare guide namens crRNA wirkt wie eine genetische GPS, um zu zeigen, das CRISPR-Komplex, wo im Genom, um den Schnitt zu machen.
  • CRISPR nuclease-protein, die oft als „genetische Schere“ macht der Schnitt in der DNA. Die CRISPR nuclease-protein am häufigsten verwendete ist Cas9. Aber der Fred Hutch Forscher untersuchten auch Cas12a (ehemals Cpf1), weil Cas12a macht einen versetzten Schnitt in der DNA. Die Forscher hofften, dies würde es ermöglichen, die Zellen zu mehr effizient reparieren der Schnitt und dadurch Betten Sie die neuen genetischen Anweisungen in die Zelle. Ein weiterer Vorteil von Cas12a über Cas9 ist, dass es erfordert nur eine molekulare Anleitung, was wichtig ist, da der Platzverhältnisse auf die Nanopartikel. Cas9 erfordert zwei molekulare guides.
  • Anweisungen für die, welche genetischen Veränderungen zu machen („ssDNA“). Der Fred Hutch-team wählte zwei vererbte genetische Veränderungen, gewähren Schutz vor Erkrankung: CCR5, die schützt vor HIV-und gamma-Hämoglobin, schützt vor Bluterkrankungen wie Sichelzellanämie und Thalassämie.
  • Eine Beschichtung einer polyethylenimine Schwärme an der Oberfläche der Partikel, um Ihnen eine mehr positive Ladung, die es Ihnen ermöglicht, leichter absorbiert werden in die Zellen. Dies ist eine Verbesserung gegenüber anderen Methode des Erhaltens von Zellen zu nehmen gen-editing-tools, sogenannte Elektroporation, beinhaltet die leicht schockierend die Zellen, um Sie zu öffnen und zu ermöglichen, die genetischen Anweisungen zu geben.

Die Wissenschaftler isolierten Blutstammzellen mit einem protein-marker auf Ihrer Oberfläche genannt CD34. Diese CD34-positiven Zellen die Blut-making-Vorläuferzellen, die Anlass zu der gesamten Blut-und immun-system.

„Diese Zellen wieder aufzufüllen Blut in den Körper jeden Tag, so dass Sie ein guter Kandidat für eine einmalige Gentherapie, denn es wird ein Leben lang halten, wie die Zellen selbst austauschen,“ Adair sagte.

Die Beobachtung menschlichen Blut-Stammzellen in einem Labor Gericht, fanden die Forscher, dass der voll geladene gold-Nanopartikel wurden natürlich durch Zellen innerhalb von sechs Stunden Hinzugefügt und innerhalb von 24 bis 48 Stunden, die Sie sehen konnte-gen, die Bearbeitung geschieht. Sie beobachteten, dass die Cas12a CRISPR protein-partner war besser auf eine sehr genaue genetische änderungen an den Zellen als die häufiger verwendeten cas9-protein-partner.

Die gen-editing-Effekt erreicht eine Spitze von acht Wochen, nachdem die Forscher injizierten die Zellen in Maus-Modelle; 22 Wochen nach der Injektion die bearbeiteten Zellen waren immer noch da. Der Fred Hutch Forscher fanden auch die bearbeiteten Zellen im Knochenmark, Milz und thymus der Maus-Modelle, ein Zeichen, dass die sich teilenden Zellen im Blut in diese Organe tragen konnten, auf die Behandlung ohne die Mäuse zu müssen, werden nochmals behandelt.

„Wir glauben, dass wir ein guter Kandidat für zwei Erkrankungen, HIV und hemoglobinopathies-obwohl wir auch eine andere Krankheit Ziele, wo kleine genetische Veränderungen können einen großen Einfluss haben, sowie Möglichkeiten, um größere genetische Veränderungen,“ Adair sagte. „Der nächste Schritt ist die Erhöhung, wie viel gen die Bearbeitung geschieht in jeder Zelle, die ist auf jeden Fall machbar. Das macht es mehr zu einer effektiven Therapie.“

In der Studie, die Forscher berichten 10 bis 20 Prozent der Zellen nahm die gen-änderungen, das ist ein vielversprechender start, aber die Forscher würden gerne Ziel für 50% oder mehr der Zellen, die bearbeitet wird, die Sie glauben, haben eine gute chance, die Bekämpfung dieser Krankheiten.

Adair und Shahbazi suchen nach kommerziellen Partnern zu entwickeln, die Technik in Therapien für Menschen. Sie hoffen, beginnen die klinischen versuche in wenigen Jahren.

Zusätzlich zu Adair und Shahbazi, andere co-Autoren sind Gabriella Sghia-Hughes, Jack L. Reid, Sara Kubek, Kevin G. Haworth, Olivier Humbert und Hans-Peter Kiem, alle von Fred Hutch. Finanzierung von Fred Hutch unterstützt die Forschung, einschließlich der Evergreen-Fonds und der Hartwell-Stiftung, und durch ein pilot-study award von der Genossenschaft Centers of Excellence in der Hämatologie, der Teil des National Institute of Diabetes and Digestive und Nierenerkrankungen.