30 آوریل 2024- در تلاش برای بهبود ارائه ی درمان‌های پزشکی پرهزینه، تیمی از محققان مهندسی برق در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون روشی را ابداع کرده اند که می‌تواند پذیرش بدن انسان را برای ژن‌درمانی‌های خاص افزایش دهد.
محققان سلول‌های کبدی را در معرض پالس‌های الکتریکی کوتاه قرار دادند و این ضربه‌های ملایم باعث شد سلول‌های کبدی بیش از 40 برابر بیشتر از سلول‌هایی که در معرض میدان‌های الکتریکی پالسی قرار نگرفته بودند، مواد ژن درمانی را جذب کنند. این روش می تواند به کاهش دوز مورد نیاز برای این درمان ها کمک کند و آنها را بسیار ایمن تر و مقرون به صرفه تر کند. این تحقیق در 30 آوریل در مجلهPLOS ONE منتشر شد.
ژن درمانی، یک فناوری نویدبخش در پزشکی است که با جایگزینی، تغییر یا وارد کردن مواد ژنتیکی جدید در سلول‌های بیمارمی تواند بیماری‌های ژنتیکی از جمله دیابت، فیبروز کیستیک، بیماری سلول داسی شکل، و هموفیلی را درمان یا تا حدودی شدت آنها را کاهش دهد.
با این حال، یکی از تنگناها در ژن درمانی، وارد کردن دوز مناسب از مواد ژنتیکی به سلول های هدف است. تحقیقات دانشمندان UW-Madison نشان می‌دهد که اعمال یک میدان الکتریکی متوسط، که هیچ آسیب ماندگاری به سلول‌های دریافت‌کننده آن وارد نمی‌کند، می‌تواند به ایجاد درمان‌های مؤثرتر کمک کند.
این پروژه تقریبا یک دهه پیش توسط پرفسور هانس سولینگر، جراح پیوند در UW-Madison آغاز شد. او یک ژن درمانی خاص را برای دیابت نوع 1 ابداع کرده بود- یک بیماری خودایمنی که به پانکراس، ارگان تولید کننده ی انسولین، حمله می کند.
در استراتژی درمانی پرفسور سولینگر کد ژنتیکی برای تولید انسولین با استفاده از یک آدنو ویروس که به انتقال ژن‌های درمانی از طریق غشای سلولی کمک می‌کند، به سلول‌های کبدی تحویل داده می شود. سپس این DNA می‌تواند در سلول‌های کبد ساکن شود و انسولین تولید کند، بدون اینکه توسط سیستم ایمنی در پانکراس مورد حمله قرار گیرد.
در حالی که پرفسور سولینگر اثربخشی این درمان را اثبات کرده بود، اما معتقد بود که آینده درمان به تحویل آن بستگی دارد. او به دکتر سوزان هاگنس و دکتر جان بوسکه، هر دو استاد مهندسی برق و کامپیوترUW-Madison که تجربه ی درمان سلول های انسانی با پالس های الکتریکی را داشتند، روی آورد.
دکتر هاگنس می‌گوید: «چیزی که ما در مورد آن صحبت کردیم، تحویل هدفمند و موضعی بود و اینکه آیا راهی برای وارد کردن DNA درمانی به طور مستقیم به کبد بدون عبور از کل بدن و تحریک سیستم ایمنی وجود دارد یا خیر؛ و اینکه آیا می‌توانیم از پالس‌های الکتریکی برای کارآمدتر کردن این فرآیند تحویل و کاهش چشمگیر دوز مورد نیاز استفاده کنیم.
محققان از قبل می دانستند که قرار دادن سلول ها در معرض میدان های الکتریکی اغلب می تواند توانایی مولکول ها را برای حرکت از طریق غشای سلولی به داخل سلول افزایش دهد. بنابراین، در این آخرین مطالعه، دانشجوی دکترا، ییژو یائو، به دنبال تعیین این بود که آیا این تکنیک نفوذ ذرات ویروس حاوی ژن مورد نظر را به سلول‌های کبدی افزایش می‌دهد یا خیر.
یائو با استفاده از سلول‌های هپاتوم انسانی(یک سیستم مدل برای مطالعه ی کبد) دسته‌هایی از سلول‌ها را در معرض غلظت‌های مختلف ذرات ویروس ژن درمانی حاوی یک پروتئین سبز فلورسنت قرار داد. او از یک جفت الکترود برای رساندن یک پالس الکتریکی 80 میلی‌ثانیه‌ای به برخی از نمونه‌ها استفاده کرد و سپس تمام سلول‌ها را به مدت 12 ساعت انکوبه کرد.
وقتی یائو 48 ساعت بعد نتایج را زیر میکروسکوپ فلورسانس بررسی کرد، متوجه شد که تنها درصد کمی از سلول‌هایی که پالس‌های الکتریکی را دریافت نکرده بودند، به رنگ سبز می‌درخشیدند. در مقابل، در آن دسته از سلول هایی کهپالس الکتریکی رادریافت کرده بودند، مقدار پروتئین سبز فلورسنت ارسال شده توسط ویروس حدود 40 برابر بیشتر بود.
در حالی که نتایج شواهد قانع‌کننده‌ای مبنی بر اینکه پالس‌ها به تسهیل نفوذ ویروس به دیواره‌های سلولی کمک می‌کنند ارائه داد، پرفسور Booske گفت: ما هنوز دقیقاً نحوه عملکرد این فرآیند در سطح مولکولی را کشف نکرده ایم.
او افزود: «درباره پالس الکتریکی اطلاعات کافی وجود دارد که فکر می‌کنم می‌توانیم با اطمینان بگوییم که نانو منافذ را از طریق غشای سلولی باز می‌کند، اما پس از آن یائو به این نتیجه ی قابل توجه رسید که ذرات ویروس به طور کلی بزرگتر و پیچیده تر از ذرات مولکولی برهنه هستند و آنها از قبل راه خود را برای ورود به داخل سلول ها دارند. بنابراین، ما واقعاً نمی دانیم که آیا پالس الکتریکی مسئول باز شدن منافذی است که مستقیم یا غیرمستقیم با ورود ویروس ها ارتباط دارند یا خیر».
سولینگر در ماه می سال 2023 درگذشت، اما تیم او می‌گوید میراث او از طریق تحقیقات مداوم روی این پروژه و کار گروه‌های دیگر زنده خواهد ماند. محققان مهندسی برق در حال پیگیری مراحل بعدی با بودجه ی خارج از دانشگاه هستند و خوشبین هستند که در نهایت این تکنیک به آزمایشات بالینی تبدیل شود.
یائو که در سال 2024 فارغ التحصیل می شود، گفت: می دانستم که این مطالعه فرا رشته ای خواهد بود، اما نمی دانستم که تا کجا پیش خواهد رفت.تحصیلات من مهندسی برق است و من سابقه زیست شناسی ندارم، قبل از این، آخرین باری که از میکروسکوپ استفاده کرده بودم در دبیرستان بود. این یک منحنی یادگیری بسیار شیب دار بود، یادگیری کشت سلول ها و اجرای پروتکل های زیست شناسی، اما من واقعاً از این پروژه لذت بردم و هدف نهایی آن یعنی تبدیل جهان به مکانی بهتر را دوست دارم."
منبع:
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240430214503.htm