باستخدام هذه الجسيمات الجديدة ، يمكن للباحثين تطوير علاجات لأمراض القلب وحالات أخرى.
باستخدام الجسيمات النانوية المتخصصة ، طور مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لإيقاف جينات معينة في خلايا نخاع العظم ، والتي تلعب دورًا مهمًا في إنتاج خلايا الدم. يقول الباحثون إن هذه الجسيمات يمكن تصميمها للمساعدة في علاج أمراض القلب أو لزيادة إنتاج الخلايا الجذعية في المرضى الذين يحتاجون إلى زراعة الخلايا الجذعية.
هذا النوع من العلاج الجيني ، المعروف باسم تداخل الحمض النووي الريبي ، يصعب عادةً استهداف أعضاء أخرى غير الكبد ، حيث تميل الجسيمات النانوية إلى التراكم. تمكن باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من تعديل جزيئاتها بطريقة تتراكم في الخلايا الموجودة في نخاع العظام.
"إذا تمكنا من جعل هذه الجسيمات تصطدم بأعضاء أخرى ذات أهمية ، فقد يكون هناك نطاق أوسع من تطبيقات الأمراض لاستكشافها ، وأحد تلك التطبيقات التي كنا مهتمين بها حقًا في هذه البحث هو نخاع العظام. نخاع العظام هو موقع لتكوين الدم في خلايا الدم ، وهذا يؤدي إلى ظهور سلالة كاملة من الخلايا التي تساهم في أنواع مختلفة من الأمراض ، كما يقول مايكل ميتشل ، باحث سابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة.
في دراسة أجريت على الفئران ، أظهر الباحثون أنه يمكنهم استخدام هذا النهج لتحسين التعافي بعد الإصابة بأزمة قلبية عن طريق منع إفراز خلايا الدم في نخاع العظم التي تعزز الالتهاب وتساهم في الإصابة بأمراض القلب.
مارفين كرون جريمبيرجي ، طبيب القلب في مركز القلب بجامعة فرايبورغ في ألمانيا ، وماكسيميليان شلوس ، زميل باحث في مستشفى ماساتشوستس العام ، هما أيضًا المؤلفان الرئيسيان للورقة ، التي تظهر اليوم في Nature Biomedical Engineering. المؤلفون الرئيسيون للورقة هم دانيال أندرسون ، أستاذ الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعضو في معهد كوتش لأبحاث السرطان التكاملية ومعهد الهندسة الطبية والعلوم التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وماثياس ناريندورف ، أستاذ الأشعة في MGH.
استهداف نخاع العظم
يُعد تداخل الحمض النووي الريبي استراتيجية يمكن استخدامها لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض عن طريق توصيل سلاسل قصيرة من الحمض النووي الريبي (RNA) التي تمنع تشغيل جينات معينة في الخلية. حتى الآن ، كانت أكبر عقبة أمام هذا النوع من العلاج هي صعوبة توصيله إلى الجزء الأيمن من الجسم. عند حقنها في مجرى الدم ، تميل الجسيمات النانوية التي تحمل الحمض النووي الريبي إلى التراكم في الكبد ، وهو ما استفادت منه بعض شركات التكنولوجيا الحيوية لتطوير علاجات تجريبية جديدة لأمراض الكبد.
قام مختبر أندرسون ، بالتعاون مع الأستاذ في معهد إم آي تي روبرت لانجر ، وهو أيضًا مؤلف الدراسة الجديدة ، بتطوير نوع من جزيئات البوليمر النانوية التي يمكنها توصيل الحمض النووي الريبي إلى أعضاء أخرى غير الكبد. يتم تغليف الجسيمات بالدهون التي تساعد على استقرارها ، ويمكنها استهداف أعضاء مثل الرئتين والقلب والطحال ، اعتمادًا على تكوين الجزيئات والوزن الجزيئي.
يقول أندرسون: "تمت الموافقة حاليًا على جزيئات الحمض النووي الريبي النانوية كعلاج يستهدف الكبد ، لكنها تبشر بالعديد من الأمراض ، بدءًا من لقاحات Covid-19 إلى الأدوية التي يمكنها إصلاح جينات المرض بشكل دائم". "نعتقد أن هندسة الجسيمات النانوية لتوصيل الحمض النووي الريبي لأنواع مختلفة من الخلايا والأعضاء في الجسم هو مفتاح الوصول إلى أوسع إمكانات العلاج الجيني."
في الدراسة الجديدة ، شرع الباحثون في تكييف الجسيمات حتى تصل إلى نخاع العظام. يحتوي نخاع العظم على خلايا جذعية تنتج العديد من أنواع خلايا الدم المختلفة ، من خلال عملية تسمى تكون الدم. يمكن أن يؤدي تحفيز هذه العملية إلى تعزيز إنتاج الخلايا الجذعية المكونة للدم من أجل زراعة الخلايا الجذعية ، في حين أن كبحها قد يكون له آثار مفيدة على مرضى القلب أو أمراض أخرى.
يقول ميتشل ، الذي يعمل الآن أستاذًا مساعدًا في الهندسة الحيوية في جامعة بنسلفانيا: "إذا تمكنا من تطوير تقنيات يمكنها التحكم في النشاط الخلوي في نخاع العظم ومكانة الخلايا الجذعية المكونة للدم ، فقد يكون ذلك تحويليًا لتطبيقات الأمراض".
بدأ الباحثون بالجسيمات التي استخدموها سابقًا لاستهداف الرئتين وخلقوا أشكالًا مختلفة لها ترتيبات مختلفة لطلاء السطح يسمى البولي إيثيلين جلايكول (PEG). لقد اختبروا 15 من هذه الجسيمات ووجدوا ان واحدًا كان قادرًا على تجنب الوقوع في الكبد أو الرئتين ، ويمكن أن يتراكم بشكل فعال في الخلايا البطانية لنخاع العظام. كما أظهروا أن الحمض النووي الريبي الذي يحمله هذا الجسيم يمكن أن يقلل من التعبير عن الجين المستهدف بنسبة تصل إلى 80 في المائة.
اختبر الباحثون هذا النهج بجينين اعتقدوا أنه يمكن أن يفيدوا في القضاء عليهما. الأول ، SDF1 ، هو جزيء يمنع عادة الخلايا الجذعية المكونة للدم من مغادرة نخاع العظم. يمكن أن يؤدي إيقاف تشغيل هذا الجين إلى تحقيق نفس تأثير الأدوية التي يستخدمها الأطباء غالبًا للحث على إطلاق الخلايا الجذعية المكونة للدم لدى المرضى الذين يحتاجون إلى الخضوع للعلاج الإشعاعي لسرطان الدم. يتم زرع هذه الخلايا الجذعية لاحقًا لإعادة ملء خلايا دم المريض.
يقول ميتشل: "إذا كانت لديك طريقة للتغلب على SDF1 ، فيمكنك التسبب في إطلاق هذه الخلايا الجذعية المكونة للدم ، والتي قد تكون مهمة جدًا لعملية الزرع حتى تتمكن من حصاد المزيد من المرضى".
أظهر الباحثون أنه عندما استخدموا جزيئاتهم النانوية لإسقاط SDF1 ، يمكن أن يعززوا إطلاق الخلايا الجذعية المكونة للدم خمسة أضعاف ، وهو ما يمكن مقارنته بالمستويات التي حققتها الأدوية المستخدمة الآن لتعزيز إطلاق الخلايا الجذعية. كما أظهروا أن هذه الخلايا يمكن أن تتمايز بنجاح إلى خلايا دم جديدة عند زرعها في فأر آخر.
يقول لانجر ، وهو أيضًا أستاذ معهد ديفيد إتش كوخ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "نحن متحمسون جدًا لأحدث النتائج". "لقد طورنا سابقًا أساليب تخليق وفحص عالية الإنتاجية لاستهداف خلايا الكبد والأوعية الدموية ، والآن في هذه الدراسة ، نخاع العظام. نأمل أن يؤدي هذا إلى علاجات جديدة لأمراض نخاع العظام مثل الورم النقوي المتعدد وأمراض أخرى ".
محاربة أمراض القلب
يسمى الجين الثاني الذي استهدفه الباحثون بالضربة القاضية MCP1 ، وهو جزيء يلعب دورًا رئيسيًا في أمراض القلب. عندما يتم إطلاق MCP1 بواسطة خلايا نخاع العظم بعد نوبة قلبية ، فإنه يحفز تدفقًا من الخلايا المناعية لمغادرة نخاع العظام والسفر إلى القلب ، حيث تعزز الالتهاب ويمكن أن تؤدي إلى مزيد من تلف القلب.
في دراسة أجريت على الفئران ، وجد الباحثون أن توصيل الحمض النووي الريبي الذي يستهدف MCP1 يقلل من عدد الخلايا المناعية التي انتقلت إلى القلب بعد نوبة قلبية. كما أظهرت الفئران التي تلقت هذا العلاج تحسنًا في شفاء أنسجة القلب بعد الإصابة بنوبة قلبية.
يقول ميتشل: "نحن نعلم الآن أن الخلايا المناعية تلعب دورًا رئيسيًا في تطور النوبة القلبية وفشل القلب". إذا تمكنا من تطوير استراتيجيات علاجية لمنع الخلايا المناعية التي تنشأ من نخاع العظام من الدخول إلى القلب ، فقد يكون ذلك وسيلة جديدة لعلاج النوبة القلبية. هذه واحدة من أولى العروض التوضيحية لنهج قائم على الحمض النووي للقيام بذلك ".
في مختبره بجامعة بنسلفانيا ، يعمل ميتشل الآن على تقنيات نانوية جديدة تستهدف نخاع العظام والخلايا المناعية لعلاج الأمراض الأخرى ، وخاصة سرطانات الدم مثل الورم النقوي المتعدد.
أظهر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن بإمكانهم توصيل الجسيمات النانوية من الحمض النووي الريبي إلى نخاع العظام ، مما يؤثر على وظائفهم. في الصورة ، وفي أعلى اليمين ، لم تتم معالجة نخاع العظام بعد بجزيئات تعمل على إيقاف عمل جين يسمى SDF1. في أسفل اليمين ، يتناقص عدد العدلات (الزرقاء) ، مما يشير إلى أنه تم إطلاقها من نخاع العظام بعد العلاج. على اليسار ، العلاج بجسيم نانوي تحكم لا يؤثر على عدد العدلات قبل وبعد العلاج.
المصدر