حامل‌های ژنی ویروسی و غیرویروسی

مقدمه

ژن‌درمانی به معنای به‌کارگیری اسیدهای نوکلئیک (DNA، RNA و مشتقاتشان) برای اصلاح یا جایگزینی ژن‌های معیوب در سلول‌های بیمار است. این رویکرد به‌دلیل توانایی درمان ریشه‌ای بسیاری از بیماری‌های ارثی و مزایای بالقوه‌ای مانند کاهش هزینه‌های درمانی طولانی‌مدت و بهبود کیفیت زندگی بیماران، محیط پژوهشی و بالینی گسترده‌ای را به خود اختصاص داده است. با این حال، یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در ژن‌درمانی، انتخاب حامل مناسب برای انتقال مؤثر و ایمن اسید‌نوکلئیک به سلول‌های هدف است. حامل‌های ویروسی و غیرویروسی دو دسته اصلی این فناوری را تشکیل می‌دهند که هر کدام با مزایا و محدودیت‌های منحصربه‌فرد خود همراه هستند.

پیش از پرداختن به انواع حامل‌های ویروسی و غیرویروسی، پیشنهاد می‌کنیم مقاله‌ی ژن‌درمانی چیست را بخوانید تا با اصول پایه‌ای این روش آشنا شوید.

 بدنه اصلی

 ۱. سیستم‌های ویروسی

حامل‌های ویروسی از ویژگی ذاتی ویروس‌ها در ورود به سلول میزبان و القای بیان ژن بهره می‌گیرند. این روش یکی از اثربخش‌ترین راه‌ها برای انتقال پایدار ژن محسوب می‌شود، اما نگرانی‌هایی در زمینه ایمنی و پاسخ ایمنی میزبان به همراه دارد.

AAV (Adeno‑Associated Virus)۱.۱

مزایا:

•   حجم بسته‌بندی تا تقریبا ۴.۷ کیلوباز
•   پاتوژنیسیتی بسیار پایین و ایمنی بالا
•   امکان توزیع گسترده در انواع بافت‌ها (کبد، عضله، سیستم عصبی مرکزی)

معایب:

•   ظرفیت محدود برای بارگذاری ژن‌های بزرگ
•   تولید پیچیده و هزینه‌بر

  کاربردهای بالینی:

•   کارآزمایی‌های موفق در هموفیلی B (AAV8) که منجر به تولید پایدار فاکتور IX در بیماران شده است
•   آزمایش‌های درمانی در بیماری‌های چشمی ابلتی (Leber’s Congenital Amaurosis)

۱.۲ لنتی‌ویروس‌ها (Lentiviral Vectors)

مزایا:

•   ظرفیت بارگذاری تا تقریبا ۸ کیلوباز
•   ادغام پایدار ژن در ژنوم میزبان، مناسب برای درمان‌های سلول‌های بنیادی

معایب:

•   خطر جهش‌یابی و احتمال ایجاد نئوپلازی
•   نیاز به کنترل دقیق تولید و غیرفعال‌سازی اجزای ویروسی

کاربردهای بالینی:

•   ژن‌درمانی سلول‌های بنیادی خونی برای بیماری‌هایی مانند بتا تالاسمی و کم‌خونی داسی‌شکل
•   مطالعات CAR‑T سلول‌ها برای درمان سرطان‌های هماتولوژیک

۱.۳ آدنوویروس‌ها (Adenoviral Vectors)

مزایا:

•   ظرفیت بالا تا تقریبا ۳۸ کیلوباز، مناسب برای بارگذاری چند ژن یا ساختارهای پیچیده
•   القای قوی پاسخ ایمنی که می‌تواند برای واکسیناسیون ژنی مطلوب باشد

معایب:

•   پاسخ ایمنی قوی میزبان که ممکن است منجر به التهاب و عوارض جانبی شود
•   بیان ژن معمولاً موقت است و برای درمان‌های طولانی‌مدت مناسب نیست

کاربردهای بالینی:

•   واکسن‌های ژنی در فاز آزمایش بالینی برای سرطان و بیماری‌های عفونی
•   مطالعات کارآزمایی فاز I برای درمان ژنی سرطان پروستات

۲. حامل‌های غیرویروسی

به منظور کاهش مخاطرات مرتبط با حامل‌های ویروسی، حامل‌های غیرویروسی توسعه یافته‌اند. این حامل‌ها اغلب ایمنی بالاتر، قابلیت تولید انبوه و تنظیم آسان‌تر دارند، اما کارایی انتقال و پایایی آن‌ها معمولاً کمتر است.

۲.۱ لیپوزوم‌ها (Liposomes)

مزایا:

•   ساختار دولایه لیپیدی شبیه غشا سلولی
•   قابلیت بارگذاری انواع مولکول‌های DNA, mRNA و siRNA
•  قابل تغییر سطح (PEGylation) برای افزایش پایداری و زمان گردش در خون

معایب:

•   راندمان انتقال پایین‌تر نسبت به حامل‌های ویروسی
•   احتمال پاکسازی سریع توسط سیستم رتیکولوآندوتلیال (RES)

۲.۲ لیپید نانوذرات (LNP)

مزایا:

•   فناوری اثبات‌شده در واکسن‌های mRNA کووید‑۱۹ (Pfizer/BioNTech, Moderna)
•   پایداری بالا در شرایط فیزیولوژیک
•   امکان اصلاح شیمیایی لیپیدها برای هدف‌گیری بافتی

معایب

•  سمیت کمینه اما نیازمند بررسی‌های جامع‌تر
•  چالش در فرایند تولید با مقیاس بالای ثابت و یکنواخت

۲.۳ پلیمرها (PEI, PAMAM)

مزایا:

•   ساختار کاتیونی برای کمپلکس‌شدن با اسید نوکلئیک
•   سهولت تغییر ساختار شیمیایی برای بهبود ویژگی‌‌ها
•   ظرفیت بالای بسته‌بندی

شکل 3 که دسته بندی هر یک از سیستم‌های ویروسی و غیرویروسی را نشان می‌دهد.

معایب:

•   سمیت سلولی وابسته به بار مثبت پلیمر
•   مشکلات دفع و انباشت نانوذرات در بافت‌ها

۳. مقایسه مزایا و معایب

کاربردهای بالینی

• فیبروز سیستیک:

کارآزمایی‌های پیش‌بالینی با AAV نشان‌دهنده بهبود عملکرد پروتئین CFTR و افزایش مشخصه‌های تنفسی در مدل‌های حیوانی است. مطالعات فاز I انسانی نیز در حال انجام است.

• هموفیلی B:

در کارآزمایی‌های بالینی با حامل‌های AAV8، بیماران دوزهای پایدار فاکتور IX را تا بیش از یک سال پس از تزریق تجربه کرده‌اند و نیاز به درمان جایگزینی کاهش یافته است.

• درمان سرطان:

استفاده از حامل‌های لنتی‌ویروس برای اصلاح سلول‌های T (CAR‑T) در درمان لنفوم‌های بدخیم نتایج امیدوارکننده‌ای در فاز II نشان داده است.

• واکسن‌های ژنی:

LNPها در انتقال mRNA سویه‌های مختلف ویروس آنفلوآنزا و کووید‑۱۹ موفق بوده‌اند و مراحل فاز III را پشت سر می‌گذارند.

چالش‌ها و محدودیت‌ها

• پاسخ ایمنی میزبان و سمیت سیستمیک
• کنترل توزیع بافتی و هدف‌گیری دقیق
• مقررات سخت‌گیرانه سازمان‌های بهداشتی
• هزینه‌های بالا و پیچیدگی تولید در مقیاس صنعتی

چشم‌انداز آینده

پیشرفت در فناوری ویرایش ژن (CRISPR-Cas) و ادغام آن با حامل‌های هوشمند غیرویروسی، امکان اصلاح دقیق‌تر ژن‌ها را فراهم کرده است. توسعه حامل‌های چندکاره (theragnostic) که علاوه‌بر درمان، قابلیت تصویربرداری و ردیابی را داشته باشند، چشم‌اندازهای جدیدی ایجاد می‌کند. همچنین تحقیقات بر روی نانوذرات پاسخگو به محرک‌های محیطی (pH، آنزیم‌ها) و ترکیب چندین حامل در یک سیستم یکپارچه ادامه دارد.

نتیجه‌گیری

انتخاب حامل مناسب برای ژن‌درمانی، متکی‌بر موازنه بین اثربخشی انتقال ژن و ایمنی سیستمیک است. حامل‌های ویروسی با کارایی بالا در انتقال و بیان ژن برجسته‌اند، اما خطرات ایمنی و هزینه تولید بالا دارند. حامل‌های غیرویروسی، به‌ویژه LNPها و لیپوزوم‌ها، ایمنی بهتری ارائه می‌دهند اما نیازمند بهبود راندمان انتقال هستند. با پیشرفت فناوری‌های ویرایش ژن و طراحی حامل‌های هوشمند، انتظار می‌رود درمان‌های ژنی ایمن‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تری در آینده نزدیک به‌کار گرفته شوند.

منابع

1. Non-Viral Carriers for Nucleic Acids Delivery: Fundamentals and Current Applications

2. Emerging non-viral vectors for gene delivery

3. Gene therapy for cystic fibrosis: Challenges and prospects
4. Gene therapy for hemophilia – From basic science to first approvals of “one-and-done” therapies

نویسنده: آرمیتا بناگر

دانلود PDF مقاله