پژوهشگران، کافئین را برای ویرایش ژن بهکار گرفتهاند و امیدوارند که با این روش بتوانند به درمان بیماریهایی مانند سرطان کمک کنند.
به گزارش پایگاه اطلاعرسانی شیمی کلاب و به نقل از سایت فیز، تاکنون فکر کرده اید که چه می شود اگر یک فنجان قهوه بتواند به درمان سرطان کمک کند؟ پژوهشگران «دانشگاه تگزاس ای اند ام»(Texas A&M) معتقدند که این امر امکان پذیر است.
به نقل از فیز، این گروه پژوهشی با ترکیب کافئین و فناوری ویرایش ژن کریسپر و با استفاده از راهبردی که بهعنوان شیمی ژنتیک شناخته میشود، درحال کشف درمانهای جدیدی برای بیماریهای بلندمدت مانند سرطان و دیابت هستند.
«یوبین ژو»(Yubin Zhou)، استاد و مدیر مرکز تحقیقات کاربردی سرطان در مؤسسه علوم زیستی و فناوری دانشگاه تگزاس ای اند ام، متخصص استفاده از ابزارها و فناوری های پیشگامانه برای مطالعه پزشکی در سطوح سلولی، اپی ژنتیک و ژنتیک است. او در طول دوران حرفه ای خود و انتشار بیش از ۱۸۰ مقاله، با استفاده از ابزارهای بسیار پیشرفته ای مانند فناوری ویرایش ژن کریسپر و سیستم های کنترل شیمی ژنتیک، به دنبال پاسخ پرسش های پزشکی بوده است.
شیمی ژنتیک به توانایی کنترل رفتار سلول با استفاده از مولکول های کوچک بیرونی -اغلب داروها یا ترکیبات غذایی- اشاره دارد که کلیدهای مهندسی شده ژنتیکی را در سلول ها فعال می کنند. برخلاف داروهای سنتی که به طور گسترده بر بسیاری از بافت ها تأثیر می گذارند، روش های شیمی ژنتیکی طوری طراحی شده اند که فقط روی سلول های برنامه ریزی شده از نظر ژنتیکی برای پاسخ دادن عمل کنند.
ویرایش ژن با یک ضربه
جدیدترین پژوهش ژو با معرفی یک روش جدید شیمی ژنتیکی که از کریسپر و کافئین استفاده میکند، بر دانش موجود پیرامون کلیدهای ژنتیکی درون سلولها مبتنی است. ژنهای کدگذار «نانوبادی»(Nanobody)، پروتئین سازگار با آن و فناوری کریسپر با استفاده از روشهای تثبیت شده انتقال ژن منتقل می شوند و به سلول ها امکان می دهند تا این اجزا را خودشان تولید کنند.
وقتی این چارچوب مولکولی برقرار شود، می توان فرآیند را از بیرون کنترل کرد. وقتی شخص بعداً دوز ۲۰ میلیگرم کافئین -مثلاً قهوه، شکلات یا نوشابه- مصرف کند، باعث میشود یک نانوبادی و پروتئین سازگار با آن به یکدیگر متصل شوند و در نتیجه، تغییرات ژنی ناشی از کریسپر در سلول ها فعال شود.
همچنین، این روش به دانشمندان امکان میدهد سلولهای T را فعال کنند که با سایر روشهای ویرایش ژن امکانپذیر نیست. سلول های T بهعنوان بانک حافظه بدن برای عفونتهای گذشته عمل میکنند و به ذخیرهسازی طرحهایی میپردازند که در مبارزه با تهدیدات آینده نقش دارند. توانایی فعالسازی دستی این سلولها میتواند راه جدیدی را برای هدایت سیستم ایمنی در برابر بیماریهای خاص در اختیار پژوهشگران قرار دهد.
علاوه بر این، پژوهشگران دریافتند که داروهای خاصی با جدا کردن پروتئینها میتوانند روند را معکوس کنند، تغییرات بیشتر ژن را متوقف کنند و کنترل بیشتری را بر نحوه استفاده از سیستم ارائه دهند. این یک ویژگی مهم برای درمانهای شیمیایی و برگشتپذیر است. بهعنوان مثال، پزشکان میتوانند بهطور موقت فعالیت اصلاح ژن را متوقف کنند تا بیماران از استرس یا عوارض جانبی مرتبط با درمان رهایی یابند. سپس وقتی شرایط بهبود یافت، پزشکان میتوانند سیستم را دوباره فعال کنند تا کنترل ژن به مرور زمان تنظیم شود، نه این که بهطور دائم روشن بماند.
ژو گفت: شما می توانید این مولکول های شبه آنتی بادی را طوری مهندسی کنید که با سیستم های القاشونده با راپامایسین کار کنند تا بدین ترتیب، با افزودن داروی متفاوتی مانند راپامایسین بتوانید به اثر معکوس دست یابید. بهعنوان مثال، اگر در ابتدا پروتئین های A و B از یکدیگر جدا باشند، افزودن کافئین آنها را به هم نزدیک میکند. اگر پروتئین های A و B از ابتدا با هم باشند، افزودن دارویی مانند راپامایسین می تواند به تفکیک آنها منجر شود.
راپامایسین یک داروی سرکوبکننده سیستم ایمنی است که بهطور گسترده در دسترس قرار دارد و بهطور سنتی بهعنوان یک رژیم ضد رد پیوند برای بیماران پیوند عضو استفاده میشود. این دارو با متوقف کردن گلبولهای سفید خون از حمله به موجودات بیرونی در بدن عمل میکند. قیمت مناسب و در دسترس بودن این دارو، آن را به یک گزینه اصلی برای کاربردهایی از این دست تبدیل کرده است.
احتمالات آینده
وقتی یک پروتئین نانوبادی مهندسیشده را بتوان با کافئین فعال کرد، به آن «کافبادی»(Caffebody) میگویند. ژو گفت: دانشمندان با مهار قدرت کافبادیها ممکن است روزی بتوانند طیف گستردهای از بیماریها را درمان کنند. در بلندمدت ممکن است بتوان سلولهایی را مهندسی کرد که به افراد مبتلا به دیابت امکان دهند تا تولید انسولین را صرفاً با نوشیدن یک فنجان قهوه بالا ببرند.
فراتر از انسولین، این فناوری می تواند برای کنترل سایر مولکول های مهم مانند مولکول هایی که سلولهای T را تغذیه میکنند نیز استفاده شود. بهعنوان مثال، در درمان سرطان می توان کافبادی ها را در سلول های T تعبیه کرد تا توانایی کنترل شیمیایی بر زمان، مکان و شدت حمله سیستم ایمنی به تومورها را به پزشکان بدهد.
ژو و تیمش در آزمایشهای حیوانی دریافتند که کافئین و متابولیتهای آن مانند تئوبرومین که به وفور در شکلات یا کاکائو موجود است، میتوانند این واکنش را تحریک کنند و امکان ویرایش با کریسپر را فراهم آورند. ژو گفت: این نوع درمان در دسترستر است، کنترل آن آسانتر است و عوارض جانبی کمتری را نسبت به سایر درمانها دارد.
ژو و گروهش امیدوارند که این روش را به آزمایشهای پیشبالینی بیشتری گسترش دهند و راههای بیشتری را برای استفاده از کافبادیها و فناوری کریسپر برای درمان طیف گستردهای از بیماریها کشف کنند و مولکول های روزمره را یک گام به تبدیل شدن به ابزارهایی برای پزشکی دقیق نزدیکتر کنند.
این پژوهش در مجله Chemical Science به چاپ رسید.
