Terapia genowa to strategia leczenia lub zapobiegania określonej chorobie przy użyciu materiału genetycznego. Jednym z powszechnych sposobów, aby to osiągnąć, jest użycie wektora. Wektory są to nośniki zaprojektowane w ten sposób, aby dostarczyć terapeutyczny materiał genetyczny, taki jak działający gen bezpośrednio do komórki. Takim wektorem jest najczęściej wirus.
Zgodnie z nowymi badaniami prof. biologii Venigalla Rao opublikowanymi 30 maja br. w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature Communications”, nowa technologia transferu terapii genowej, która została opracowywana w kampusie Katolickiego Uniwersytetu Ameryki (The Catholic University of America), może w przyszłości otworzyć drzwi do leczenia różnych chorób.
Prof. Venigala Rao jest dyrektorem oraz założycielem Centrum Badań Medycznych nad Bakteriofagami Katolickiego Uniwersytetu Ameryki (The Catholic University of America’s Bacteriophage Medical Research Center). Prof. Rao prowadzi badania nad potencjałem terapeutycznym wirusa T4 będącego bakteriofagiem, który rośnie na bakteriach Escherichia coli. Co ważne, bakterie E. coli stanowią część mikrobiomu zdrowego człowieka, tym samym nie wywołują zakażenia u ludzi.
Badacze w opublikowanej pracy opisują nową technologię projektowania wektorów wirusowych (AVV) poprzez inżynierię dobrze scharakteryzowanych elementów strukturalnych bakteriofaga T4. Począwszy od powłoki kapsydu o wymiarach 120 × 86 nm, która może pomieścić 171-kbp DNA i tysiące kopii białek, różne kombinacje biomolekuł, w tym DNA, białka, RNA i rybonukleoproteiny, które są wbudowywane zewnętrznie i wewnętrznie.
Rao i współautorzy po raz pierwszy wykazali, że bakteriofag T4 może zostać zamknięty w lipidach. Odkrycie to jest innowacją, która znacznie ułatwia skuteczne wejście do ludzkich komórek, a tym samym wprowadzania napraw genowych. Niniejsze badania dowodzą, że bakteriofag T4 ma znacznie większą zdolność inżynieryjną do dostarczania szerszego zakresu terapii niż obecne technologie. Na podstawie niniejszych badań autorzy wskazują, że istnieje ogromny potencjał szybszego, bezpieczniejszego i tańszego dostarczania różnych metod leczenia w celu złagodzenia bądź wyleczenia chorób przyszłych pacjentów.
„Wierzymy, że pokazaliśmy, iż istnieje droga do opracowania bezpiecznych, skutecznych terapii genowych opartych na bakteriofagach o niemal nieograniczonym potencjale leczniczym w przypadku chorób genetycznych, takich jak anemia sierpowata, cukrzyca czy choroby nowotworowe. To duży krok naprzód w kierunku rozszerzenia istniejącej przestrzeni terapii genowej, a także stworzenia nowej przestrzeni dla przyszłych terapii i leków” – powiedział prof. Rao.
„Rzeczywista terapia może mieć miejsce za kilka lat, ale niniejsze badania już stanowią model do opracowywania terapii i leków ratujących życie. To, co badamy, jest jak operacja molekularna, która może bezpiecznie i precyzyjnie skorygować defekt genetyczny i wygenerować wyniki terapeutyczne, a pewnego dnia wyleczyć pacjenta” – powiedział prof. Rao.
Obecne badania nad technologiami w terapiach genowych można podzielić na trzy główne podejścia, które opierają się na następujących wektorach lub nośnikach leczenia: wirusy adenowirusowe i lentiwirusy, nanocząsteczki lipidowe i nanocząsteczki syntetyczne. Wszystkie te metody leczenia stale są badane.
Prof. Rao dodał, że postęp w tej dziedzinie w ciągu ostatnich trzech dekad był stopniowy, ponieważ obecnie stosowane wektory mają „bardzo ograniczoną nośność, ograniczone możliwości inżynieryjne i ukierunkowanie na komórki, wiele obaw dotyczących bezpieczeństwa, a skomplikowane procesy produkcji tych terapii są niezwykle kosztowne”. Rao powiedział również, że badania jego zespołu nad bakteriofagiem T4 dowodzą, że nowy rodzaj terapii, który pozwala uniknąć tych ograniczeń technologicznych i kwestii bezpieczeństwa, jest „nie tylko możliwy, ale i wykonalny”. Profesor dodał, że przejście do następnej fazy będzie wymagało napływu potencjalnie milionów dolarów, ale wierzy, że przy odpowiednim finansowaniu mogą oni wprowadzić technologię do kliniki w ciągu zaledwie pięciu lat.
Prof. Rao również podkreślił, że w przeciwieństwie do obecnych małocząsteczkowych leków, które czasami muszą być przyjmowane przez całe życie, przyszły lek oparty na bakteriofagach „może prowadzić do wyleczenia w ciągu kilku godzin lub dni”.
Obecnie współautorzy pracy, czyli Jingen Zhu, Xiaorong Wu i Wenzheng Guo kontynuują pracę nad projektem pod kierunkiem prof. Rao w Centrum Badań Medycznych nad Bakteriofagami Katolickiego Uniwersytetu Ameryki (The
Catholic University of America’s Bacteriophage Medical Research Center). Ponadto, biolog strukturalny z Uniwersytetu Purdue i wieloletni współpracownik Andrei Fokine wniósł swój wkład w prace, określając strukturę atomową nowej powłoki kapsydu w ośrodku.
Badanie zostało sfinansowane przez National Institutes of Health i National Science Foundation.
Na podstawie:
1. https://communications.catholic.edu/news/2023/05/biology-professor-venigalla-rao-makes-breakthrough-on-gene-therapy-research.html
2. Jingen Zhu, Himanshu Batra, Neeti Ananthaswamy, Marthandan Mahalingam, Pan Tao, Xiaorong Wu, Wenzheng Guo, Andrei Fokine & Venigalla B. Rao. Design of bacteriophage T4-based artificial viral vectors for human genome remodeling Nature Communications May 2023