Πειραματικές ομάδες θεραπείας που περιλαμβάνουν ηπατοκύτταρα που εκτέθηκαν σε διάφορες δόσεις AAV, AAV* (AAV προεπεξεργασμένο με EP) ή πλασμίδια, με ή χωρίς έκθεση σε παλμό ηλεκτρικού πεδίου (EP).
Σε μια προσπάθεια να βελτιώσει την παροχή ακριβών ιατρικών θεραπειών, μια ομάδα ερευνητών ηλεκτρολόγων μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison ανέπτυξε μια μέθοδο διέγερσης που θα μπορούσε να κάνει το ανθρώπινο σώμα πιο δεκτικό σε ορισμένες γονιδιακές θεραπείες.
Οι ερευνητές εξέθεσαν τα ηπατικά κύτταρα σε βραχείς ηλεκτρικούς παλμούς και αυτοί οι ήπιοι κραδασμοί προκάλεσαν τα ηπατικά κύτταρα να καταλάβουν περισσότερο από 40 φορές περισσότερο από το υλικό γονιδιακής θεραπείας σε σύγκριση με κύτταρα που δεν εκτέθηκαν στα παλμικά ηλεκτρικά πεδία. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να βοηθήσει στη μείωση της δόσης αυτών των θεραπειών, καθιστώντας τις πολύ πιο ασφαλείς και πιο προσιτές. Η μελέτη εμφανίζεται σε περιοδικό PLOS ONE.
Η γονιδιακή θεραπεία είναι μια πολλά υποσχόμενη ιατρική τεχνολογία: αλλάζοντας, αλλάζοντας ή εισάγοντας νέο γενετικό υλικό στα κύτταρα ενός ασθενούς, οι γιατροί μπορούν να θεραπεύσουν ή να αντισταθμίσουν γενετικές ασθένειες, όπως η κυστική ίνωση, η δρεπανοκυτταρική αναιμία, η αιμορροφιλία και ο διαβήτης.
Ωστόσο, ένα από τα εμπόδια της γονιδιακής θεραπείας είναι η εισαγωγή της σωστής δόσης γενετικού υλικού στα κύτταρα-στόχους. Η έρευνα της UW-Madison προτείνει ότι η εφαρμογή ενός ηλεκτρικού πεδίου μέτριας ισχύος που δεν αφήνει μόνιμη βλάβη στα κύτταρα που το λαμβάνουν θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματικές θεραπείες.
Το έργο ξεκίνησε πριν από σχεδόν μια δεκαετία με τον Hans Sollinger, έναν χειρουργό μεταμοσχεύσεων UW-Madison. Ανέπτυξε μια θεραπεία γονιδιακής θεραπείας για τον διαβήτη τύπου 1, μια αυτοάνοση ασθένεια που επηρεάζει το πάγκρεας, το όργανο που παράγει ινσουλίνη.
Η θεραπευτική στρατηγική του Sollinger μετέφερε τον γενετικό κώδικα για την παραγωγή ινσουλίνης στα ηπατικά κύτταρα χρησιμοποιώντας έναν ιό που σχετίζεται με τον αδρενοϊό που βοηθά στη μεταφορά θεραπευτικών γονιδίων μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτό το DNA μπορεί στη συνέχεια να εγκατασταθεί στα ηπατικά κύτταρα, παράγοντας ινσουλίνη χωρίς το ανοσοποιητικό σύστημα του παγκρέατος.
Αν και ο Sollinger είχε αποδείξεις ότι η θεραπεία είχε αποτέλεσμα, πίστευε ότι το μέλλον της θεραπείας θα εξαρτιόταν από τον τοκετό. Απευθύνθηκε στη Susan Hagness και τον John Booske, καθηγητές ηλεκτρολόγων και μηχανικών υπολογιστών στο UW-Madison, οι οποίοι έχουν εξειδίκευση στη θεραπεία ανθρώπινων κυττάρων με ηλεκτρικούς παλμούς.
«Αρχίσαμε να μιλάμε για τοπική, στοχευμένη παράδοση και για το αν υπήρχε τρόπος να μεταφερθεί το θεραπευτικό DNA απευθείας στο συκώτι χωρίς να χρειάζεται να το περάσουμε από το σώμα και χωρίς να ενεργοποιήσουμε το ανοσοποιητικό σύστημα», λέει ο Hagness. «Και θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ηλεκτρικούς παλμούς για να κάνουμε αυτή τη διαδικασία χορήγησης πιο αποτελεσματική και να μειώσουμε σημαντικά την απαιτούμενη δόση».
Οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει προηγουμένως ότι η έκθεση των κυττάρων σε ηλεκτρικά πεδία μπορεί συχνά να αυξήσει την ικανότητα των μορίων να κινούνται κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης και μέσα στο κύτταρο. Έτσι, σε αυτή την πρόσφατη μελέτη, ο Ph. Ο μαθητής Yizhou Yao προσπάθησε να προσδιορίσει εάν αυτή η μέθοδος θα αύξανε τη διείσδυση των ιικών σωματιδίων στα ηπατικά κύτταρα.
Χρησιμοποιώντας ανθρώπινα κύτταρα ηπατώματος, ένα μοντέλο συστήματος δοκιμής ήπατος, ο Yao εξέθεσε παρτίδες κυττάρων σε διάφορες συγκεντρώσεις σωματιδίων ιού γονιδιακής θεραπείας που περιέχουν μια φθορίζουσα πράσινη πρωτεΐνη. Χρησιμοποίησε ένα ζεύγος ηλεκτροδίων για να δώσει έναν ηλεκτρικό παλμό 80 χιλιοστών του δευτερολέπτου σε ορισμένα δείγματα και στη συνέχεια επώασε όλα τα κύτταρα για 12 ώρες.
Όταν εξέτασε τα αποτελέσματα κάτω από ένα μικροσκόπιο φθορισμού 48 ώρες αργότερα, η Yao διαπίστωσε ότι μόνο ένα μικρό ποσοστό των κυττάρων που δεν είχαν λάβει τους ηλεκτρικούς παλμούς έλαμπαν πράσινο. Αντίθετα, τα κύτταρα που έλαβαν zap συσσώρευσαν περίπου 40 φορές περισσότερη φθορίζουσα πράσινη πρωτεΐνη από ό,τι είχε δώσει ο ιός.
Ενώ τα αποτελέσματα παρείχαν πειστικές αποδείξεις ότι οι παλμοί βοήθησαν στη διείσδυση του ιού στα κυτταρικά τοιχώματα, ο Booske λέει ότι η ομάδα δεν έχει ακόμη καταλάβει πώς ακριβώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία σε μοριακό επίπεδο.
«Είναι αρκετά γνωστά για τον ηλεκτρικό παλμό που νομίζω ότι μπορούμε να πούμε με ασφάλεια ότι ανοίγει νανοπόρους σε όλη την κυτταρική μεμβράνη», λέει. «Αλλά ο Yao έλαβε αυτό το υπέροχο αποτέλεσμα και μας έδειξε ότι τα σωματίδια του ιού είναι γενικά μεγαλύτερα και πιο περίπλοκα από τα γυμνά μοριακά σωματίδια και έχουν ήδη τον δικό τους τρόπο να εισχωρούν στα κύτταρα». Οπότε, δεν ξέρουμε πραγματικά αν ισχύει αυτό. ανοιχτούς πόρους που έχουν να κάνουν μαζί του άμεσα ή έμμεσα».
Ο Sollinger πέθανε το 2023. τον Μάιο, αλλά η ομάδα λέει ότι η κληρονομιά της θα συνεχιστεί καθώς η έρευνα για αυτό το έργο και το έργο άλλων ομάδων συνεχίζεται. Οι ερευνητές ηλεκτρολόγων μηχανικών κάνουν τα επόμενα βήματα και είναι αισιόδοξοι ότι η τεχνική θα μπει τελικά σε κλινικές δοκιμές.
Η Yao, η οποία θα αποφοιτήσει το 2024, λέει ότι ήξερε ότι η έρευνα θα ήταν διεπιστημονική, αλλά δεν είχε συνειδητοποιήσει πόσο μακριά θα έφτανε.
«Είμαι ηλεκτρολόγος μηχανικός με εκπαίδευση και δεν έχω ένα υπόβαθρο στη βιολογία», λέει. «Η τελευταία φορά που χρησιμοποίησα μικροσκόπιο πριν από αυτό ήταν στο γυμνάσιο. Ήταν μια αρκετά απότομη καμπύλη μάθησης που μαθαίναμε πώς να καλλιεργούμε κύτταρα και να τρέχουμε πρωτόκολλα βιολογίας. Αλλά μου άρεσε πολύ το έργο και μου άρεσε ο κύριος στόχος του, που είναι να κάνει τον κόσμο ένα καλύτερο μέρος».
