محققان با بودجه NIBIB نانوذراتی را برای ژن درمانی موفق در مدل موش دژنراسیون ماکولا ایجاد کردند. حامل‌های نانوذرات این پتانسیل را دارند که مجموعه رو به رشد و اثربخشی ژن‌درمانی‌ها را برای بیماری‌های چشم انسان، از جمله نابینایی، گسترش دهند.
تعدادی از بیماری های چشمی از ژن درمانی بهره مند شده اند، که در آن DNA کد کننده پروتئین های درمانی به سلول های چشم تحویل داده می شود. درمان‌های کنونی DNA را با استفاده از ناقل‌های ویروسی تحویل می‌دهند، اما این روش دارای محدودیت‌هایی است، از جمله ایجاد پاسخ ایمنی در برابر ناقل ویروس و محدودیت در اندازه ژنی که در داخل ویروس قرار می‌گیرد.
مهندسان و چشم‌پزشکان برای رسیدگی به محدودیت‌های ناقل‌های ویروسی در درمان بیماری‌های چشمی کورکننده مانند دژنراسیون ماکولای مرطوب (AMD) مرتبط با سن، همکاری کرده‌اند. AMD مرطوب یک بیماری شایع است که با رشد غیر طبیعی عروق خونی مشخص می شود که به بافت حساس به نور در پشت چشم آسیب می رساند.
تیم تحقیقاتی در دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز توسط جردن گرین، دکترا، استاد مهندسی زیست پزشکی، چشم پزشکی، انکولوژی، جراحی مغز و اعصاب، علوم و مهندسی مواد، و مهندسی شیمی و بیومولکولی، و پیتر آ. کامپوچیارو، M.D. ، مدیر آزمایشگاه سلولی و مولکولی شبکیه و جورج اس و دولورس دور اکلس استاد چشم پزشکی و نورولوژی.
دکتر دیوید رامپولا، مدیر برنامه بیولوژیک مصنوعی NIBIB و سیستم‌های بیومیمتیک، گفت: «این یک همکاری فوق‌العاده است که کار دکتر گرین در نانوذرات انتقال ژن و تخصص دکتر کامپوچیارو در بیماری‌های شبکیه را ترکیب می‌کند». سیستمی که آنها ایجاد کرده اند نوید کاهش اثرات ناتوان کننده بیماری های چشمی و حفظ بینایی با مهار پیشرفت بیماری را می دهد.
کامپوچیارو توضیح می‌دهد: «ما توانسته‌ایم از ژن درمانی برای درمان بیماری‌های چشمی استفاده کنیم، زیرا چشم بسیار در دسترس است و ویروس‌های حامل ژن درمانی را به راحتی جذب می‌کند. با این حال، بیان پروتئین درمانی در نهایت محو می شود و برای حفظ سطح کافی پروتئین درمانی، نیاز به تزریق مکرر ویروس حامل ژن است.
درمان های مکرر مشکل ساز است زیرا به معنای تزریق مکرر چشم برای بیماران است. و دورهای بعدی درمان اغلب ناموفق هستند زیرا سیستم ایمنی بیمار آنتی بادی هایی ایجاد کرده است که به ویروس حامل ژن حمله کرده و آن را خنثی می کند.
اینجاست که فناوری نانوذرات گرین وارد عمل می شود. نانوذرات عملاً توسط سیستم ایمنی قابل شناسایی نیستند و هیچ آنتی بادی آشکاری وجود ندارد که در درمان بعدی به ذرات حمله کند. یکی دیگر از ویژگی‌های مطلوب این است که نانوذرات می‌توانند ژن‌های درمانی را حمل کنند که بزرگ‌تر از آن هستند که توسط ناقل‌های ویروسی حمل شوند.
این تیم مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را بر روی موش‌ها و موش‌ها انجام داد که نشان داد نانوذرات به طور بسیار مؤثری ژن‌ها را به سلول‌های چشم منتقل می‌کنند و مقادیر زیادی پروتئین تولید می‌کنند. تولید پروتئین ها حداقل به مدت هشت ماه ادامه می یابد، که نسبت به درمان های فعلی که پروتئین های درمانی باید مستقیماً هر 1-2 ماه یکبار تزریق شوند، پیشرفت قابل توجهی دارد.
یک آزمایش با استفاده از ژن تولید کننده فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF) انجام شد. VEGF باعث رشد رگ های خونی جدید در چشم می شود. اگر مقدار زیادی VEGF وجود داشته باشد، رگ های خونی بیش از حد تولید می شود که به داخل شبکیه کشیده می شوند و دید را مسدود می کنند، که در افراد مبتلا به AMD مرطوب اتفاق می افتد.
محققان نانوذرات حامل ژن VEGF را به چشم 30 موش صحرایی تزریق کردند. موش‌ها یک ماه پس از تزریق دچار عروق خونی غیرطبیعی شدند. عروق خونی غیرطبیعی دو و پنج ماه پس از تزریق گسترده تر بودند و اسکار زیر شبکیه مشابه آنچه در بیماران AMD مرطوب درمان نشده مشاهده می شد وجود داشت. این کارایی و دوام سیستم ژن درمانی برای ایجاد مدل های حیوانی را تایید کرد.
پتانسیل درمانی سیستم تحویل با تحویل یک نانوذره حامل ژنی که پروتئینی را تولید می کند که VEGF را مهار می کند، آزمایش شد.
نانوذرات بازدارنده به یک مدل موشی از AMD مرطوب تزریق شد که دارای تولید بیش از حد رگ‌های خونی غیرطبیعی است که در بیماری انسان دیده می‌شود. سه هفته پس از تزریق نانوذرات حاوی ژن پروتئین مهارکننده VEGF، موش‌ها نسبت به موش‌های کنترل 60 درصد کاهش رگ‌های خونی غیرطبیعی داشتند.
گرین گفت: «این نتایج بسیار امیدوارکننده هستند. ما نشان دادیم که نانوذرات پتانسیل انتقال ژن‌هایی را دارند که پروتئین‌های درمانی فعال را طی ماه‌ها تولید می‌کنند.» نتیجه بهبود قابل‌توجهی نسبت به درمان فعلی تزریق مستقیم پروتئین درمانی است که نیاز به تزریق‌های مکرر هر ماه یا بیشتر دارد. فقدان پاسخ ایمنی آشکار به نانوذرات نیز پیشرفت قابل توجهی نسبت به ژن درمانی با ناقل های ویروسی است.
این تیم اکنون در حال کار بر روی استفاده از سیستم نانوذرات برای درمان بیمارانی است که به دلیل نقص‌های ژنتیکی دچار کم‌بینایی یا بدون بینایی هستند، جایی که نابینایی به دلیل یک ژن ارثی معیوب رخ می‌دهد. آنها امیدوارند که بیان ژن قوی مشاهده شده با نانوذرات آنها به آنها اجازه دهد تا نسخه های عملکردی ژن هایی را که جهش های به ارث رسیده از کار انداخته اند معرفی کرده و بینایی را بازیابی کنند.
این کار در شماره جولای مجله Science Advances گزارش شده است1.
تحقیقات با کمک مالی EB022148 از موسسه ملی تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی زیستی، کمک های مالی EY031097، EY026148، EY028996، و EY01765 از موسسه ملی چشم پشتیبانی شد. جایزه کاتالیزور رایگان دکتر اچ جیمز و کارول و کمک هزینه نامحدود از تحقیقات برای پیشگیری از نابینایی. صندوق ترجمه لوئیس بی تالهایمر؛ کمک مالی از بنیاد بارث؛ بورسیه JK از سامسونگ؛ و کمک های بلاعوض از کنراد و لوئیس آشنباخ، پر بانگ جنسن، اندرو و ایوت ماریوت، و ژان لیک.
