پتانسیل استفاده از ویرایش ژن برای بهبود بقای سلول جزیره

مقدمه: ویرایش ژن به عنوان یک مرز جدید در رصدخانه سلول جزیره

ظهور فن آوری های ویرایش ژن اساسا چشم انداز تحقیقات زیست پزشکی را تغییر داده است، ارائه ابزارهای دقیق برای بازنویسی کد ژنتیکی سلول های زنده.برای بیماران مبتلا به دیابت، که در آن از دست دادن یا اختلال از دست دادن سلول های پانکراس است - کارخانه های تولید کننده انسولین بدن - که در قلب بیماری قرار دارند، این تکنیک ها وعده خاص پیوند سلول های Islet را دارند، مدت طولانی است، اما بازسازی گسترده آن، استفاده از نظر تغذیه پایدار است که می تواند به طور مستقیم با استفاده از دست دادن چشم انداز نهایی آن، و کاهش دهد.

نقش ضروری سلول های جزیره در Glucose Homeostasis

جزایر لانگرهانها میکروارگانیسم هایی هستند که در سراسر پانکراس پراکنده شده اند، که شامل تنها ۱-۲ درصد کل توده پانکراس است، با این وجود برای کنترل متابولیک ضروری هستند.در هر یک از این ها، پنج نوع سلول اصلی در کنسرت کار می کنند: سلول های بتا (insulin)، سلول های آلفا (گلوبولی)، سلول های دلتا (sostatinmatoin)، سلول های PP (سلول های پنهان و پولیپی اولیه، به همین دلیل است که این هورمون های بتای هستند، به طور غیر قابل مطالعه هستند.

نوع 1 دیابت: نابودی خودکار

در نوع 1 دیابت (T1D)، حمله خود ایمنی که توسط لنوسیت های T به طور خاص هدف قرار می گیرد و سلول های بتا را از بین می برد، این فرایند به طور معمول سال ها قبل از تشخیص بالینی شروع می شود و با ظهور علائم زمانی، اکثر سلول های بتاپاتی از بین رفته اند. بیماران باید به تزریق های قلبی عروقی یا پمپ درمانی برای زندگی متکی باشند، اما حتی با مدیریت فشرده، کنترل گلیسمیک، منجر به عوارض طولانی مدت، و به عنوان عوارض بیماری های نووپاتی، و دوباره، و دوباره، و به عنوان عوارض بیماری های بیماری های بیماری های بیماری های نو، و دوباره، و دوباره، به عنوان بیماری های بیماری های بیماری های بیماری های بیماری های بیماری های بیماری های نو، جلوگیری می شود.

نوع 2 دیابت: خط کاری و استرس متابولیک

دیابت نوع 2 (T2D) با مقاومت به انسولین همراه با اختلال سلول بتا پیشرفته مشخص می شود.در طول زمان، قرار گرفتن در معرض مزمن در معرض هیپرگلیسمی، اسید های چرب آزاد بالا و سیتوکین التهابی شدید در سلول های سیمکارتی بتا 2 را افزایش می دهد، بنابراین درمان سلول بتا2 و درمان معکوس می تواند به بسیاری از بیماران مبتلا شود.

تکنولوژی های ویرایش ژن: یک ابزار برای اصلاح دقیق

ویرایش ژن اشاره به اصلاح هدفمند توالی های DNA در یک ژنوم دارد. چندین سیستم عامل توسعه یافته اند، هر کدام با نقاط قوت و محدودیت های منحصر به فرد است.پر-Cas9، که از یک سیستم ایمنی سازگار با باکتری مشتق شده است، CRISPR از RNA راهنما برای هدایت Cas9 به یک توالی خاص DNA استفاده می کند، که در آن یک سیستم ایمنی دوگانه ایجاد می کند (و یا به طور دقیق اصلاح می تواند یک ژن (د) را از طریق حذف دقیق (د.

فراتر از Cas9، انواع جدیدتر مانند Cas12a (CPF1) و Cas13 (هدف گیری RNA) توسعه جعبه ابزار، ویرایش پایگاه، یک فن آوری مشتق، اجازه می دهد تبدیل مستقیم یک نوکلئوتید به دیگری (به عنوان مثال، C →T یا AG) بدون نیاز به یک ویرایش دوگانه و شکستن، کاهش خطر جهش های اولیه ناخواسته، به ویژه ویرایش دقیق تر، و طولانی تر، هنگامی که آنها را قادر به ویرایش دقیق تر می کنند، و طولانی تر هستند.

ابزارهای قدیمی تر مانند نوکلوز های روی انگشت (ZFNs) و قابلیت رونویسی مانند اثربرکتاتور (TALENs) در استفاده باقی می مانند، اما قابلیت کریسپر از طراحی و چندین برابر کردن آن را به پلت فرم غالب تبدیل کرده است.

روش های تحویل برای سلول های جزیره

تحویل اجزای ویرایش ژن به سلول های اصلی یک مانع فنی قابل توجه است. Intact iscat خوشه های چندسلولی هستند که برای انتقال کارآمد، بردارهای ویروسی دشوار هستند - به ویژه ویروس وابسته به adenole (AAV) و lentivirus - معمولاً استفاده می شوند، اما محدودیت دارند: AAV دارای ظرفیت بسته بندی محدود (~4.7 کیلوبایت) است و ممکن است به طور مستقیم در مورد استفاده از سلول های پردازش فیبروئیدی، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به برخی از جمله موارد دسترسی به سلول های پردازش فیبروئیدهای پردازش فیبروئیدهای پردازش فیبروئیدهای فیبروئیدهای پردازش فیبروئیدی، استفاده کنند.

رویکردهای استراتژیک برای بهبود بقای سلول های جزیره

محققان چندین استراتژی متمایز اما مکمل ژن ویرایش را دنبال می کنند تا از سلول های اسلت در برابر توهین هایی که در دیابت با آن مواجه هستند محافظت کنند، این می تواند به طور گسترده در فرار ایمنی، مقاومت استرس و بازسازی طبقه بندی شود.

Immune Evasion

یکی از مستقیم ترین راه ها برای محافظت از سلول های سیمی پیوند خورده این است که آنها را به سیستم ایمنی نامرئی کند.م پیچیده اصلی هیستوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوتوت (M) که مولکول ها (MHC) مولکول های ضد ژن ها را ارائه می کند، مولکول های آنتی ژن هایی که باعث می شوند که باعث می شوند که باعث می شوند که سلول های ضد ژن های سلول های سلول های سلول های T به رسمیت شناختن سلول های T را به عنوان جلوگیری از دست می شوند و جلوگیری از کدک کدک کدن سلول های خود را به عنوان مولکول های T-ک کدن می کنند و جلوگیری از دست دادن ژن های گازو کدن (اکس دی اکسیدن کدن کدن کدن کدن کدن کدن کدن کدن کدن کدن کد

یکی دیگر از استراتژی فرار ایمنی شامل بیان پروتئین های تنظیم کننده ایمنی است که به طور محلی پاسخ ایمنی را سرکوب می کند.به عنوان مثال، بیان ترانسوژنیک مولکول PD-L1 در سلول های ورزشکاران می تواند گیرنده های PD-1 را در سلول های فعال شده T، تحریک خستگی یا آرگون، به طور مشابه، ترشح CTLA-4-Ig یا IL-10 می تواند یک محیط زیست را ایجاد کند تا از قبل از آن جلوگیری کند، حتی بدون این تغییرات سیستم ایمنی طولانی مدت.

مقاومت در برابر استرس

سلول های جزیره به ویژه در برابر استرس اکسیداتیو آسیب پذیر هستند زیرا آنها سطوح پایین آنزیم های آنتی اکسیدانی Endogenousous مانند ⁇ ide dismutase (SOD)، کاتالاز و گلوتاتیون Peroxidase را بیان می کنند، به عنوان مثال، از طریق یک نوع فعال از فاکتور مرتبط با فاکتوروئید 2 (N2)، یا آنتی اکسیدانی که در برابر آسیب های بتا 1 نشان داده شده است.

علاوه بر این، استرس ER نقش مهمی در اختلال عملکرد سلول بتا ایفا می کند.پاسخ پروتئینی ناخواسته (UPR) Pathways می تواند برای افزایش بقای سلول تنظیم شود. ویرایش ژن هایی مانند XBP1، ATF4 یا CHOP ممکن است تعادل را از آپوپوز به سمت سازگاری به ارمغان بیاورد.اما مراقبت نباید برای جلوگیری از پروتئین های طبیعی یا ایجاد تغییرات بیماری زا مصرف شود.

نسل جدید و گسترش

جایگزینی برای محافظت از سلول های موجود این است که بازسازی سلول های بتا جدید را از سلول های بی سیم یا از انواع دیگر سلول ها تحریک کند. ویرایش ژن می تواند برای فعال کردن عوامل رونویسی حیاتی برای توسعه سلول های بتا و عملکرد، مانند PDX1، MAFA و NKX6.1 استفاده شود.به عنوان مثال، بیان هیدروژیک PDX1 در سلول های غیر اسید (مانند سلول های آلفا یا سلول های رونویسی) فعال سازی شده است که می تواند به انسولین در سلول های فعال سازی معکوس آسیب برساند.

رویکرد دیگر این است که تنظیم کنندگان چرخه سلول را هدف قرار دهید تا تکثیر سلول های بتا موجود را ایجاد کنند. ژن هایی مانند سیکلین D1، CDK4 و اجزای سیگنال WNT دستکاری شده اند تا تکثیر مجدد را افزایش دهند، با این حال، تکثیر غیر قابل کنترل خطر تشکیل تومور را به همراه می آورد، بنابراین سیستم های غیر قابل انتقال یا برگشت برای محققان ترجمه بالینی ضروری است.

تحقیقات فعلی و پیشرفت بالینی

یک بدن در حال رشد از کار پیش بالینی از امکان ویرایش ژن برای محافظت از ورزشکاران پشتیبانی می کند، در سال 2019، یک مطالعه برجسته که در طبیعت منتشر شده است نشان داد که خوک های اصلاح شده کریستن فاقد سه ژن عمده قابل اجرا (GETA1، CMAH، B4GALNT2) طولانی تر هنگامی که پیوند به میمون های غیر انسانی متصل می شوند، به طور مستقیم به آنها در ژن های مقاوم در برابر آنتی ژن های مقاوم در برابر آنتی ژن های مقاوم در برابر آنتی ژن های آنتی ژن های آنتی ژن های مقاوم در سانeno، به طور مستقیم، به آنها استفاده می شود.

در زمینه T1D، ViaCyte (در حال حاضر Vertex Pharmaceuticals) یک محصول جایگزین سلول بنیادی مشتق شده (PEC-Encap) را توسعه داده است که از یک دستگاه ماکروencapsulation برای محافظت از سلول های از حمله ایمنی استفاده می کند، در حالی که این رویکرد نیاز به محافظت از ایمنی را برجسته می کند.

کارآزمایی های بالینی به طور خاص هدف قرار دادن بقای سلول های سرطانی از طریق ویرایش ژن هنوز آغاز نشده است، اما کارآزمایی های مرتبط برای ویرایش سلول های ایمنی (به عنوان مثال، سلول های CAR-T) یک سابقه تنظیم و ایمنی ارائه می دهند، اولین کارآزمایی انسانی با استفاده از سلول های سوراتیک کریسپر در سال 2016 (NCT02 793856) برای سرطان ریه، و داده های ایمنی انباشته شده از آن زمان پشتیبانی از کنترل طولانی مدت سلول های پیوند به احتمال زیاد پیوند از طریق پیوند دادن سلول های اولیه است.

چالش ها و موانع جاده

علی رغم وعده، چندین چالش اساسی باید قبل از تبدیل سلول های هسته ای به یک درمان استاندارد مورد توجه قرار گیرد.

اثرات Off-Target و موزائیسم

CRISPR-Cas9 می تواند به طور ناخواسته سایت های ژنومی را که شبیه به توالی هدف در نظر گرفته شده است، برش دهد، منجر به جهش های ناخواسته می شود، در حالی که ابزارهای بیوانفورماتیک و انواع Cas9 بهبود یافته (به عنوان مثال، فیبریت بالا SpCas9)، آنها به طور کامل از بین نرفته اند.

تحویل و مقیاس پذیری

تحویل ژن های ویرایش به جزایر انسانی اولیه در مقایسه با خطوط سلولی ناکارآمد باقی می ماند.ساختار سه بعدی از جزایر، با یک ماتریس اضافی فشرده و هسته ای از سلول هایی که دسترسی به آن دشوار است، مانع از ویرایش یکنواخت می شود، به ویژه کاهش بهره وری سلول، اما اغلب باعث کاهش قابلیت زیست.ویکتورهای ویروسی می شود تنها برای استفاده بالینی، که نیاز به فرآیندهای تکثیر قابل توجه دارد، به ویژه برای استفاده از پروتکل های قابل توجه، به چالش کشیدن این.

ملاحظات اخلاقی و نظارتی

ویرایش ژن سلول های موضوعی (مانند جزایر) به طور کلی از نظر اخلاقی قابل قبول است، زیرا تغییرات قابل قبول نیستند، با این حال، نگرانی در مورد اثرات هدف گیری، ایمنی بلند مدت و پتانسیل توموری، نیاز به نظارت دقیق دارد.سازمان های تنظیم مقرراتی مانند FDA و EMA دستورالعمل هایی برای محصولات ژن درمانی Somatic صادر کرده اند، اما راهنمایی های خاص برای ویرایش ژن هنوز در حال تحول است.

پیچیدگی های Immune Beyond T Cells

استراتژی های فرار از Immune که علیه سلول های T کار می کنند ممکن است در برابر اجزای ایمنی ذاتی مانند ماکروفاژها، نوتروفیل ها، یا تکمیل کننده محافظت نکنند. پیوند خارجی باعث واکنش فوری التهابی خون (IBMIR) در پیوند داخلاتیک می شود، که منجر به ویرایش سریع ژن برای تکمیل پروتئین های تنظیم کننده (به عنوان مثال، CD46، گیرنده، ممکن است نیاز به تشخیص سلول های پیوند جامع داشته باشد، اما سیستم پیوند همزمان، علاوه بر این که می تواند به تشخیص چندین روش های پیوند جامع باشد.

آینده چشم انداز: به سوی یک درمان کاربردی برای دیابت

همگرایی ویرایش ژن، زیست شناسی سلول های بنیادی و علوم مواد یک مسیر واقع بینانه را به سمت درمان عملکردی برای دیابت ارائه می دهد.در مدت نزدیک (5 تا 10 سال)، ما احتمالاً شاهد کارآزمایی های بالینی از ژن های اصلاح شده توسط ژن های اولیه از سلول های بنیادی انسانی یا سلول های بنیادی تحریک شده خواهیم بود.این سلول ها برای ایمنی و مقاومت طولانی مدت مهندسی شده اند، در حالی که اجازه می دهد تا یک دستگاه تماس بدون مواد مغذی سازگار شود.

طولانی مدت، در ویرایش ژن های گوشتی ممکن است به طور مستقیم به سلول های پانکراسی نیمه نهایی (مانند سلول های آلفا یا سلول های آگیوئید) به سلول های بتا با استفاده از بردارهای ویروسی یا نانوذرات چربی استفاده شود، این امر نیاز به پیوند به طور کامل را از بین می برد. ALT مطالعه مفهومی منتشر شده در سلول های بنیادی (F:0 سلول بنیادی سلول سرطانی[۳]۲۲۱٫۱][۲۲۲]

طب شخصی همچنین نقش مهمی ایفا می کند. بیماران با پیشینه های ژنتیکی خاص ممکن است از ویرایش های مناسب بهره مند شوند، به عنوان مثال، افرادی که دارای دیابت تکوژنیک (MODY) هستند، ناشی از جهش در HNF1A یا GCK [LT:3] از نظر تئوری می توانند از طریق ویرایش ژن و تجزیه و تحلیل مجدد، سلول های بتا خود را اصلاح کنند.

همکاری بین مراکز دانشگاهی، شرکت های بیوتکنولوژی و نهادهای نظارتی برای تسریع پیشرفت حیاتی خواهد بود. جامعه تحقیقاتی دیابت نوع 1، از جمله سازمان هایی مانند JDRF و انجمن دیابت آمریکا، قبلا ویرایش ژن را به عنوان یک منطقه اولویت شناخته اند.با سرمایه گذاری مداوم و علم دقیق، هدف طولانی مدت بازسازی تولید انسولین طبیعی از طریق ویرایش، سلول های فرضی به زودی به یک واقعیت بالینی تبدیل می شود.