Gen-bearbeitung verbessert die muskel-funktion bei mäusen mit duchenne-muskeldystrophie


Gen-bearbeitung verbessert die muskel-funktion bei mäusen mit duchenne-muskeldystrophie

Mit einem bahnbrechenden neuen Werkzeug zur Korrektur von genetischen Mutationen haben die Wissenschaftler die Muskelfunktion bei lebenden Mäusen mit Duchenne-Muskeldystrophie erfolgreich wiederhergestellt.

Die Forscher programmierten das Gen-Editing-System, um den dysfunktionalen Teil des Gens zu finden und auszurotten, so dass das natürliche DNA-Reparatursystem des Körpers das Gen wieder zusammennähte.

Das Gen-Editing-Tool - genannt CRISPR / Cas9 - arbeitet durch die Korrektur von DNA, die die Zellen daran hindert, ein Protein zu produzieren, das für die Muskelfunktion wichtig ist.

In der Zeitschrift Wissenschaft , Ein Team von Forschern an der Duke University in Durham, NC, berichtet, wie dies ist das erste Mal, dass CRISPR / Cas9 hat erfolgreich behandelt eine genetische Erkrankung in einem erwachsenen, lebenden Säugetier geführt.

Sie schließen, dass dies zeigt, dass CRISPR / Cas9 Potenzial als Therapie für den Menschen hat.

Doch während der Oberbefehlshaber Charles A. Gersbach, Associate Professor für Biomedizinische Technik an der Duke University, die Erkenntnisse aus diesen ersten frühen Experimenten als "sehr aufregend" beschreibt, stellt er auch fest:

"Es gibt noch eine beträchtliche Menge an Arbeit zu tun, um dies zu einer menschlichen Therapie zu übersetzen und Sicherheit zu zeigen."

Menschen mit Duchenne Muskeldystrophie können nicht normal Dystrophin - ein Protein, das hilft zu stärken und zu schützen Muskelfasern, gefunden in Muskeln für Bewegung (Skelettmuskulatur) und im Herzen (Herz) Muskel verwendet.

Als die Krankheit fortschreitet, neigt der Muskel dazu, sich zu zerkleinern und sich langsam zu verschlechtern. Dies wird als ein progressiver Verlust der Muskelfunktion und Schwäche, die in den unteren Gliedmaßen beginnt erlebt.

Duchenne muskuläre Dystrophie betrifft vor allem Männer - weltweit etwa 1 in 3.500 Baby Jungen sind mit der Krankheit geboren. Die meisten Patienten sind von der Zeit, als sie ihren zehnten Geburtstag erreichen, rollstuhlgerecht und kommen selten vor ihren frühen 30er Jahren.

Die Krankheit betrifft vor allem Männer, weil die Mutation, die sie verursacht, auf dem X-Chromosom gefunden wird. Da Frauen zwei Kopien des X-Chromosoms haben, haben sie eine viel höhere Chance, mindestens eine funktionierende Kopie des Gens zu erben.

Spiel-Wechsler in der Gentechnik

CRISPR / Cas9 wird als Spiel-Wechsler in der Gentechnik angekündigt, weil es eine wesentlich schnellere und einfachere Art ist, die DNA zu verändern als bisherige Techniken.

Es ändert sich die Art und Weise, wie die Grundlagenforschung durchgeführt wird und wie wir über die Behandlung von Krankheiten nachdenken.

Die Technik kann mit dem "Bearbeiten und Ersetzen" von Textbearbeitungswerkzeugen in einem Textverarbeitungsprogramm verglichen werden, das nach einer falschen Zeichenfolge im Text sucht und jedes Vorkommen durch das richtige ersetzt.

CRISPR / Cas9 enthält drei Elemente: ein DNA-schneidendes Enzym (das Cas9-Protein), die korrigierte DNA-Sequenz und ein Findmolekül - das CRISPR (gruppiert regelmäßig intervakulierte kurze palindrome Wiederholungen).

Das CRISPR-Molekül findet die genaue Lage der falschen DNA auf dem Zielchromosom, das schneidende Enzym schneidet die falsche Sequenz genau ab und die korrekte DNA wird eingefügt. Es ist auch möglich, diese letzte Stufe zu verlassen und einfach die fehlerhafte DNA zu entfernen und nicht zu ersetzen - das ist die Methode, die in der neuen Studie verwendet wird.

CRISPR / Cas9 ist eine modifizierte Version eines natürlichen Abwehrsystems, das bakterielle Zellen verwenden, um eindringenden Viren anzugreifen, indem sie ihre DNA aufschneiden.

Das Experiment von Prof. Gersbach untersucht seit 2009 genetische Behandlungen für Duchenne mit verschiedenen Genveränderungssystemen. In früheren Projekten hatten sie CRISPR / Cas9 verwendet, um genetische Mutationen in kultivierten Zellen von Patienten mit Duchenne-Muskeldystrophie zu korrigieren, und andere Gruppen haben auch die Neues Werkzeug zur Korrektur von Genen in Einzelzell-Embryonen im Labor.

Allerdings ist der Embryo-Ansatz derzeit unethisch, um beim Menschen zu versuchen, und der kultivierte Zellenansatz stellt viele Schwierigkeiten dar - wie zum Beispiel, wie man erfolgreich die behandelten Zellen zurück zu Muskelgewebe liefert.

Mit einem Virus, um CRISPR / Cas9 in Zellen zu liefern

Für ihre neue Studie wandte sich das Team an einen anderen Ansatz - eine, die das Gen-Editing-Tool direkt in die betroffenen Gewebe-Zellen mit Gentherapie liefert. Und während diese Methode auch Lieferaufgaben stellt, überwand sie sie mit einem Adeno-assoziierten Virus (AAV) als Träger.

Viren machen ideale Lieferfahrzeuge für die Genbearbeitung. Sie setzen sich in das genetische Material der Zellen der Organismen ein, in die sie eindringen und zelluläre Maschinen umprogrammieren, um Kopien von sich selbst zu machen und zu verbreiten.

AAVs sind kleine Viren, die Menschen infizieren, ohne Krankheiten zu verursachen. Dies ist eine der Features, die sie ideale Fahrzeuge für die Gentherapie macht. Sie sind auch außergewöhnlich effektiv in die Zellen.

Es gibt mehrere klinische Versuche in den USA mit AAVs, und ihre Verwendung wurde bereits in einem Gentherapie-Medikament in der Europäischen Union (EU) genehmigt.

Es gibt auch verschiedene Arten von AAV, die Zellen in verschiedenen Geweben zielen - so können Forscher sie systemisch liefern. Eines davon zieht es vor, Zellen im Skelett- und Herzmuskel zu betreten.

Zunächst hatte das Team das Problem, wie man das CRISPR / Cas9 in das Virus einfügt. AAV ist ein wirklich kleines Virus und das CRISPR / Cas9 ist relativ groß: "Es passt einfach nicht gut, also hatten wir noch ein Verpackungsproblem", erklärt Prof. Gersbach.

Die Lösung kam in Form einer Entdeckung von einem der Mannschaft, Feng Zhang, ein biomedizinischer Ingenieurprofessor am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Das Problem lag mit dem großen Cas9-Protein - dem DNA-Schneidenzym Teil des Werkzeugs. Die Cas9, die Forscher normalerweise verwenden, stammt aus der Bakterienart Streptococcus pyogenes , Aber Prof. Zhang hatte vor kurzem ein viel kleineres Cas9-Protein gefunden Staphylococcus aureus - klein genug, um in die AAV passen.

CRISPR / Cas9 und AAV haben die Muskelfunktion im Mausmodell wiederhergestellt

Für die neue Studie arbeitete das Team mit einem Mausmodell, das eine besonders schwächende Mutation im Gen hat, das für Dystrophin kodiert. Sie programmierten das neue CRISPR / Cas9-System, um den dysfunktionalen Teil des Gens auszurutschen und das natürliche DNA-Reparatursystem des Körpers zu verlassen, um das Gen wieder zusammen zu sticken.

Das neue Gen war kürzer, aber funktionell, beachten Sie die Forscher, die darauf hindeuten, dass, weil die Methode, die sie verwendet, einfach den dysfunktionalen Teil des Gens entfernt, anstatt sie zu ersetzen, könnte diese Strategie in einem größeren Anteil von Duchenne Patienten wirksam sein.

Im ersten Schritt lieferte das Team die Therapie direkt an den Beinmuskel einer erwachsenen Maus. Diese restaurierte Produktion von funktionellem Dystrophin und erhöhter Muskelkraft.

Sie haben dann die CRISPR / Cas9- und AAV-Kombination in den Blutkreislauf einer Maus injiziert, um jeden Muskel zu erreichen. Diese wiederhergestellte Muskelfunktion im ganzen Körper - auch das Herz - ein wichtiges Ergebnis seit Herzinsuffizienz ist oft das, was Menschen mit Duchenne tötet.

Bei der detaillierten Vorlesung, bevor die Therapie für den klinischen Einsatz bereit ist, stellt Prof. Gersbach fest:

Von hier aus werden wir das Abgabesystem optimieren, den Ansatz in schwereren Modellen der [Duchenne Muskeldystrophie] bewerten und Effizienz und Sicherheit bei größeren Tieren beurteilen, mit dem Ziel, in klinische Studien einzutreten."

Im März 2015, Medical-Diag.com Berichtet, dass einige Wissenschaftler - darunter ein Pionier-Entwickler von CRISPR / Cas9 - die Zurückhaltung über die Bearbeitung des menschlichen Genoms drängen, da es sich um einige Veränderungen handelt, die an die Nachkommen weitergegeben werden könnten.

Genetic Engineering Will Change Everything Forever – CRISPR (Video Medizinische Und Professionelle 2019).

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