النواقل في العلاج الجيني

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

كيف تعمل النواقل على نقل المادة الوراثية

تعتمد المعالجة الجينية على إيصال الحمض النووي إلى الخلايا، ويمكن تحقيق ذلك بعدة طرق، ملخصة أدناه. وتنقسم هذه الطرق إلى فئتين رئيسيتين: الأولى تستخدم الفيروسات المُعاد تركيبها (وتسمى أحيانًا الجسيمات النانوية البيولوجية أو النواقل الفيروسية)، والثانية تستخدم الحمض النووي العاري أو مركبات الحمض النووي (الطرق غير الفيروسية).

الفيروسات

ترتبط جميع الفيروسات بخلاياها المضيفة وتُدخل مادتها الوراثية إليها كجزء من دورة تكاثرها. تحتوي هذه المادة الوراثية على "تعليمات" أساسية لكيفية إنتاج المزيد من نسخ هذه الفيروسات، مستغلةً آليات الإنتاج الطبيعية للجسم لتلبية احتياجات الفيروس. تُنفذ الخلية المضيفة هذه التعليمات وتُنتج نسخًا إضافية من الفيروس، مما يؤدي إلى إصابة المزيد من الخلايا. بعض أنواع الفيروسات تُدخل جينومها في سيتوبلازم الخلية المضيفة ، لكنها لا تدخلها فعليًا. بينما تخترق أنواع أخرى غشاء الخلية مُتنكرةً في هيئة جزيئات بروتينية وتدخلها.

يوجد نوعان رئيسيان من العدوى الفيروسية: العدوى التحللية والعدوى الاندماجية . بعد فترة وجيزة من إدخال الحمض النووي الخاص بها، تُنتج فيروسات الدورة التحللية المزيد من الفيروسات بسرعة، وتنفجر من الخلية، وتصيب المزيد من الخلايا. أما فيروسات الدورة الاندماجية، فتدمج حمضها النووي في الحمض النووي للخلية المضيفة، وقد تعيش في الجسم لسنوات عديدة قبل أن تستجيب لمحفز. يتكاثر الفيروس كما تتكاثر الخلية، ولا يُلحق ضررًا بالجسم إلا عند حدوث محفز. يُحرر هذا المحفز الحمض النووي من الخلية المضيفة، ويستخدمه لإنتاج فيروسات جديدة.

الفيروسات القهقرية

تكون المادة الوراثية في الفيروسات القهقرية على شكل جزيئات RNA ، بينما تكون المادة الوراثية في عوائلها على شكل DNA. عندما يُصيب فيروس قهقري خليةً مضيفة، فإنه يُدخل RNA الخاص به مع بعض الإنزيمات، وتحديدًا إنزيم النسخ العكسي وإنزيم الإدماج ، إلى داخل الخلية. يجب أن يُنتج جزيء RNA هذا من الفيروس القهقري نسخة DNA منه قبل أن يتم دمجه في المادة الوراثية للخلية المضيفة. تُسمى عملية إنتاج نسخة DNA من جزيء RNA بالنسخ العكسي ، ويتم ذلك بواسطة أحد الإنزيمات الموجودة في الفيروس، وهو إنزيم النسخ العكسي . بعد إنتاج نسخة DNA هذه وتحررها في نواة الخلية المضيفة، يجب دمجها في جينوم الخلية المضيفة، أي إدخالها في جزيئات DNA الكبيرة في الخلية (الكروموسومات). تتم هذه العملية بواسطة إنزيم آخر موجود في الفيروس يُسمى إنزيم الإدماج .

بعد إدخال المادة الوراثية للفيروس، يمكن القول إن الخلية المضيفة قد عُدّلت لتحتوي على جينات جديدة. إذا انقسمت هذه الخلية المضيفة لاحقًا، فستحتوي جميع خلاياها الناتجة على الجينات الجديدة. أحيانًا لا تُعبّر جينات الفيروس القهقري عن معلوماتها فورًا.

إحدى مشكلات العلاج الجيني باستخدام الفيروسات القهقرية هي قدرة إنزيم الإنتغراز على إدخال المادة الوراثية للفيروس في أي موقع عشوائي في جينوم الخلية المضيفة؛ إذ يُدخلها عشوائيًا في أحد الكروموسومات. إذا ما أُدخلت المادة الوراثية في منتصف أحد الجينات الأصلية للخلية المضيفة، فسيتعطل هذا الجين ( طفرة إدخالية ). وإذا كان هذا الجين مسؤولًا عن تنظيم انقسام الخلايا، فقد يحدث انقسام خلوي غير منضبط (أي السرطان ). وقد بدأ مؤخرًا معالجة هذه المشكلة باستخدام نوكليازات أصابع الزنك [ 1 ] أو بإضافة تسلسلات معينة، مثل منطقة التحكم في موضع بيتا غلوبين، لتوجيه موقع الإدخال إلى مواقع كروموسومية محددة.

تُعدّ تجارب العلاج الجيني باستخدام النواقل الفيروسية القهقرية لعلاج نقص المناعة المركب الشديد المرتبط بالكروموسوم X (X-SCID) أنجح تطبيقات العلاج الجيني حتى الآن. فقد خضع أكثر من عشرين مريضًا للعلاج في فرنسا وبريطانيا، مع ملاحظة معدل مرتفع لإعادة بناء الجهاز المناعي. وقد تم تقييد أو إيقاف تجارب مماثلة في الولايات المتحدة بعد الإبلاغ عن حالات سرطان الدم لدى المرضى الذين عولجوا في التجربة الفرنسية للعلاج الجيني لـ X-SCID. [ 2 ] وحتى الآن، أصيب أربعة أطفال في التجربة الفرنسية وطفل واحد في التجربة البريطانية بسرطان الدم نتيجة الطفرات الإدخالية التي أحدثها الناقل الفيروسي القهقري. وقد استجاب جميع هؤلاء الأطفال، باستثناء واحد، بشكل جيد للعلاج التقليدي المضاد لسرطان الدم. وتستمر تجارب العلاج الجيني لعلاج نقص المناعة المركب الشديد الناتج عن نقص إنزيم أدينوزين دي أميناز ( ADA ) (أحد أشكال نقص المناعة المركب الشديد) [ 3 ] بنجاح نسبي في الولايات المتحدة وبريطانيا وأيرلندا وإيطاليا واليابان.

الفيروسات الغدية

الفيروسات الغدية هي فيروسات تحمل مادتها الوراثية على شكل حمض نووي مزدوج السلسلة. تُسبب هذه الفيروسات التهابات الجهاز التنفسي والأمعاء والعين لدى البشر (وخاصة نزلات البرد ). عندما تُصيب هذه الفيروسات خلية مضيفة، فإنها تُدخل جزيء الحمض النووي الخاص بها إلى الخلية المضيفة. لا تندمج المادة الوراثية للفيروسات الغدية (مؤقتة) في المادة الوراثية للخلية المضيفة. يبقى جزيء الحمض النووي حرًا في نواة الخلية المضيفة، وتُنسخ التعليمات الموجودة في هذا الجزيء الإضافي تمامًا مثل أي جين آخر. الفرق الوحيد هو أن هذه الجينات الإضافية لا تُنسخ عندما تكون الخلية على وشك الانقسام، وبالتالي لن تحمل الخلايا الناتجة عن تلك الخلية الجين الإضافي. [ 4 ]

نتيجةً لذلك، سيتطلب العلاج بالفيروس الغدي إعادة إعطائه لمجموعة متزايدة من الخلايا، على الرغم من أن عدم اندماجه في جينوم الخلية المضيفة من شأنه أن يمنع نوع السرطان الذي لوحظ في تجارب نقص المناعة المركب الشديد (SCID). وقد تم الترويج لهذا النظام الناقل لعلاج السرطان، وبالفعل فإن أول منتج للعلاج الجيني يُرخص لعلاج السرطان، وهو جينديسين ، هو فيروس غدي. وقد تمت الموافقة على جينديسين، وهو علاج جيني قائم على الفيروس الغدي وموجه ضد البروتين p53، من قبل هيئة تنظيم الأغذية والأدوية الصينية في عام 2003 لعلاج سرطان الرأس والرقبة. أما أدفكسين، وهو نهج علاجي جيني مماثل من شركة إنتروجين، فقد رفضته إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) في عام 2008. [ 5 ]

أُثيرت مخاوف بشأن سلامة نواقل الفيروسات الغدية بعد وفاة جيسي جيلسينجر عام 1999 أثناء مشاركته في تجربة للعلاج الجيني. ومنذ ذلك الحين، ركزت الأبحاث التي تستخدم نواقل الفيروسات الغدية على نسخ محدودة جينيًا من الفيروس.

فيروس مضخم للخلايا

الفيروس المضخم للخلايا (CMV) هو جزء من عائلة فيروسات الهربس بيتا الفرعية التي تضم فيروسات روزيولو. وقد تطور الفيروس المضخم للخلايا بالتزامن مع مجموعة متنوعة من الثدييات المضيفة، بما في ذلك الفيروس المضخم للخلايا البشري (HCMV) والفيروس المضخم للخلايا الفأري (MCMV) والفيروس المضخم للخلايا الريسوسي (RhCMV). وتتميز فيروسات CMV بجينومات DNA كبيرة، وعادةً ما تكون العدوى بدون أعراض لدى المضيفين الأصحاء.

نُشرت أول دراسة حول استخدام الفيروس المضخم للخلايا (CMV) كناقل للعلاج الجيني عام 2000. وقد اجتذب ميل الفيروس للخلايا الجذعية المكونة للدم وجينومه الكبير (230 كيلو قاعدة) اهتمام الباحثين في البداية. [ 6 ] ومنذ ذلك الحين، استُخدمت نواقل اللقاحات القائمة على الفيروس المضخم للخلايا لتحفيز استجابة الخلايا التائية. [ 7 ] وفي الآونة الأخيرة، تم إعطاء الفيروس المضخم للخلايا المحتوي على التيلوميراز والفولستاتين عن طريق الحقن الوريدي والأنف في دراسات أُجريت على الفئران بهدف إطالة فترة الصحة. [ 8 ]

التنميط البروتيني للغلاف الفيروسي

تتمتع النواقل الفيروسية المذكورة أعلاه بمجموعات خلايا مضيفة طبيعية تصيبها بكفاءة عالية. أما الفيروسات القهقرية، فلها نطاق محدود من الخلايا المضيفة الطبيعية، وعلى الرغم من قدرة الفيروسات الغدية والفيروسات المرتبطة بالغدية على إصابة نطاق أوسع نسبيًا من الخلايا بكفاءة، إلا أن بعض أنواع الخلايا تُبدي مقاومة للعدوى بهذه الفيروسات أيضًا. يتم التوسط في ارتباط الفيروس بالخلية القابلة للإصابة ودخوله إليها بواسطة الغلاف البروتيني الموجود على سطحه. تحتوي الفيروسات القهقرية والفيروسات المرتبطة بالغدية على بروتين واحد يغطي غشائها، بينما تُغطى الفيروسات الغدية ببروتين غلاف وألياف تمتد بعيدًا عن سطح الفيروس. ترتبط بروتينات الغلاف على كل من هذه الفيروسات بجزيئات سطح الخلية، مثل كبريتات الهيبارين ، مما يُحدد موقعها على سطح المضيف المحتمل، بالإضافة إلى ارتباطها بمستقبل بروتيني محدد يُحفز إما تغييرات هيكلية في البروتين الفيروسي تُسهل دخول الفيروس، أو يُحدد موقع الفيروس في الجسيمات الداخلية حيث يُحفز تحمض تجويفها إعادة طي الغلاف الفيروسي . في كلتا الحالتين، يتطلب دخول الخلايا المضيفة المحتملة تفاعلاً مناسباً بين بروتين على سطح الفيروس وبروتين على سطح الخلية.

لأغراض العلاج الجيني، قد يرغب المرء في حصر أو توسيع نطاق الخلايا القابلة للتأثر بالنقل الجيني بواسطة ناقل العلاج الجيني. ولتحقيق هذه الغاية، طُوِّرت العديد من النواقل التي استُبدلت فيها بروتينات الغلاف الفيروسي الأصلية إما ببروتينات غلاف من فيروسات أخرى، أو ببروتينات هجينة. تتكون هذه البروتينات الهجينة من أجزاء البروتين الفيروسي الضرورية للاندماج في الفيروس، بالإضافة إلى تسلسلات مُصممة للتفاعل مع بروتينات محددة في الخلية المضيفة. تُعرف الفيروسات التي استُبدلت فيها بروتينات الغلاف كما هو موضح بالفيروسات المُعدّلة . على سبيل المثال، يُعد فيروس نقص المناعة القردي (SIM) المُغطى ببروتين الغلاف، البروتين G ، من فيروس التهاب الفم الحويصلي (VSV ) أكثر نواقل الفيروسات القهقرية شيوعًا في تجارب العلاج الجيني. يُشار إلى هذا الناقل باسم فيروس VSV المُعدّل ، وهو يُصيب مجموعة واسعة من الخلايا تقريبًا. هذه الخاصية المميزة للبروتين G الخاص بفيروس VSV الذي يُغطي هذا الناقل. بُذلت محاولات عديدة للحد من استهداف النواقل الفيروسية لنوع واحد أو عدد قليل من خلايا العائل. من شأن هذا التقدم أن يسمح بإعطاء كمية صغيرة نسبيًا من الناقل بشكل جهازي. سيقلل هذا من احتمالية حدوث تعديلات غير مقصودة على الخلايا، مما يُخفف من مخاوف المجتمع الطبي. وقد استخدمت معظم المحاولات للحد من الاستهداف بروتينات غلافية هجينة تحمل أجزاءً من الأجسام المضادة . تُبشر هذه النواقل بنتائج واعدة في تطوير علاجات جينية فعالة للغاية.

النواقل القادرة على التكاثر

يُستخدم ناقلٌ قادرٌ على التكاثر يُسمى ONYX-015 في تكاثر الخلايا السرطانية. وقد وُجد أنه في غياب البروتين الفيروسي E1B-55Kd، يُسبب الفيروس الغدي موتًا مبرمجًا سريعًا جدًا للخلايا المصابة التي تحمل جين p53(+)، مما يؤدي إلى انخفاضٍ كبيرٍ في ذرية الفيروس وعدم انتشاره لاحقًا. وكان الموت المبرمج ناتجًا بشكلٍ أساسي عن قدرة EIA على تعطيل p300. أما في الخلايا التي لا تحمل جين p53(-)، فإن حذف E1B 55kd لا يُؤثر على الموت المبرمج، ويكون تكاثر الفيروس مشابهًا لتكاثر الفيروس البري، مما يؤدي إلى موتٍ هائلٍ للخلايا.

يؤدي ناقل معيب في عملية التضاعف إلى حذف بعض الجينات الأساسية. هذه الجينات المحذوفة لا تزال ضرورية في الجسم، لذا يتم استبدالها إما بفيروس مساعد أو بجزيء DNA. [ 9 ]

العناصر المؤثرة في نفس الموقع والعناصر المؤثرة في مواقع أخرى

تحتوي النواقل المعيبة في التضاعف دائمًا على "بنية نقل". تحمل بنية النقل الجين المراد نقله، أو "الجين المنقول". كما تحمل بنية النقل التسلسلات الضرورية للوظائف العامة للجينوم الفيروسي: تسلسل التغليف، والتكرارات اللازمة للتضاعف، وعند الحاجة، بدء النسخ العكسي. تُسمى هذه العناصر بالعناصر المؤثرة في نفس الجزيء (cis-acting elements)، لأنها يجب أن تكون على نفس قطعة الحمض النووي (DNA) التي يوجد عليها الجينوم الفيروسي والجين المستهدف. أما العناصر المؤثرة في جزيء آخر (trans-acting elements) فهي عناصر فيروسية يمكن ترميزها على جزيء حمض نووي مختلف. على سبيل المثال، يمكن التعبير عن البروتينات التركيبية الفيروسية من عنصر وراثي مختلف عن الجينوم الفيروسي. [ 9 ]

فيروس الهربس البسيط

فيروس الهربس البسيط هو فيروس عصبي يصيب الإنسان، ويُستخدم غالبًا في دراسات نقل الجينات إلى الجهاز العصبي. يتميز فيروس HSV-1 البري بقدرته على إصابة الخلايا العصبية والتهرب من استجابة الجهاز المناعي للمضيف، ولكنه قد يُعاد تنشيطه ويُنتج دورة تكاثر فيروسية. لذلك، من الشائع استخدام سلالات متحولة من HSV-1 تفتقر إلى القدرة على التكاثر. على الرغم من أن الفيروس الكامن لا يظهر على مستوى النسخ، إلا أنه يمتلك محفزات خاصة بالخلايا العصبية قادرة على الاستمرار في العمل بشكل طبيعي. تُعد الأجسام المضادة لـ HSV-1 شائعة لدى البشر، إلا أن المضاعفات الناتجة عن عدوى الهربس نادرة نسبيًا. [ 10 ] يجب توخي الحذر في حالات التهاب الدماغ النادرة، وهذا يُبرر استخدام HSV-2 كناقل فيروسي، حيث أنه يميل عمومًا إلى إصابة الخلايا العصبية التي تُعصب المنطقة البولية التناسلية، وبالتالي قد يُجنب المضيف حدوث أمراض خطيرة في الدماغ.

طرق غير فيروسية

تتميز الطرق غير الفيروسية ببعض المزايا مقارنةً بالطرق الفيروسية، ومنها سهولة الإنتاج على نطاق واسع وانخفاض استجابة الجهاز المناعي للمضيف. في السابق، كانت المستويات المنخفضة من نقل الجينات والتعبير عنها تُشكل عائقًا أمام الطرق غير الفيروسية؛ إلا أن التطورات الحديثة في تقنية النواقل الجينية قد أسفرت عن جزيئات وتقنيات ذات كفاءة نقل جينات مماثلة لتلك التي تتميز بها الفيروسات. [ 11 ]

حقن الحمض النووي العاري

هذه أبسط طريقة لنقل الجينات غير الفيروسية. وقد أُجريت تجارب سريرية على حقن بلازميد الحمض النووي العاري في العضل ، وحققت بعض النجاح؛ إلا أن التعبير الجيني كان منخفضًا جدًا مقارنةً بطرق نقل الجينات الأخرى. إضافةً إلى التجارب التي أُجريت على البلازميدات، أُجريت تجارب أخرى على منتج تفاعل البوليميراز المتسلسل العاري ، وحققت نجاحًا مماثلًا أو أكبر. يُعد امتصاص الخلايا للحمض النووي العاري غير فعال عمومًا. وقد أسفرت الجهود البحثية التي تركز على تحسين كفاءة امتصاص الحمض النووي العاري عن عدة طرق جديدة، مثل التثقيب الكهربائي ، والتثقيب الصوتي ، واستخدام " مسدس الجينات "، الذي يُطلق جزيئات الذهب المغلفة بالحمض النووي داخل الخلية باستخدام غاز عالي الضغط. [ 12 ]

الأساليب المادية لتحسين عملية التسليم

التثقيب الكهربائي

التحفيز الكهربائي هو أسلوب يستخدم نبضات قصيرة من الجهد العالي لنقل الحمض النووي عبر غشاء الخلية. يُعتقد أن هذه الصدمة تُسبب تكوينًا مؤقتًا لثقوب في غشاء الخلية، مما يسمح لجزيئات الحمض النووي بالمرور. يُعد التحفيز الكهربائي فعالًا بشكل عام، ويعمل مع نطاق واسع من أنواع الخلايا. مع ذلك، فإن ارتفاع معدل موت الخلايا بعد التحفيز الكهربائي قد حدّ من استخدامه، بما في ذلك التطبيقات السريرية.

في الآونة الأخيرة، استُخدمت طريقة أحدث للتحفيز الكهربائي، تُعرف باسم نقل الجينات بالانهيار الإلكتروني، في تجارب العلاج الجيني. وباستخدام تفريغ بلازما عالي الجهد، تم توصيل الحمض النووي بكفاءة عالية عبر نبضات قصيرة جدًا (بالمايكروثانية). وبالمقارنة مع التحفيز الكهربائي التقليدي، حققت هذه التقنية كفاءة أعلى بكثير وضررًا خلويًا أقل.

مسدس الجينات

يُعدّ استخدام قصف الجسيمات، أو ما يُعرف بمسدس الجينات ، طريقةً فيزيائيةً أخرى لنقل الحمض النووي. في هذه التقنية، يُغطى الحمض النووي بجزيئات الذهب ويُوضع في جهاز يُولّد قوةً تُساعد على اختراق الحمض النووي للخلايا، تاركًا الذهب على قرصٍ "حاجز".

سونوبوريشن

تستخدم تقنية سونوبوريشن ترددات فوق صوتية لإيصال الحمض النووي إلى الخلايا. ويُعتقد أن عملية التجويف الصوتي تُحدث خللاً في غشاء الخلية، مما يسمح للحمض النووي بالانتقال إلى داخلها.

العدوى المغناطيسية

في طريقة تسمى النقل المغناطيسي ، يتم ربط الحمض النووي بجزيئات مغناطيسية، ويتم وضع مغناطيس أسفل طبق زراعة الأنسجة لجعل مركبات الحمض النووي على اتصال بطبقة أحادية من الخلايا.

التوصيل الهيدروديناميكي

تتضمن عملية التوصيل الهيدروديناميكي حقن كمية كبيرة من محلول بسرعة في الأوعية الدموية (مثل الوريد الأجوف السفلي ، أو القناة الصفراوية ، أو وريد الذيل ). يحتوي المحلول على جزيئات تُدخل إلى الخلايا، مثل بلازميدات الحمض النووي أو الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA )، ويُساعد الضغط الهيدروستاتيكي المرتفع الناتج عن الكمية الكبيرة من المحلول المحقون على نقل هذه الجزيئات إلى الخلايا. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

الطرق الكيميائية لتحسين التوصيل

قليل النوكليوتيدات

يُستخدم الأوليغونوكليوتيدات الاصطناعية في العلاج الجيني لتعطيل الجينات المسؤولة عن المرض. وتتعدد الطرق لتحقيق ذلك. إحدى هذه الطرق تستخدم مضادات التعبير الجيني الخاصة بالجين المستهدف لتعطيل نسخ الجين المعيب. طريقة أخرى تستخدم جزيئات صغيرة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) تُسمى siRNA لإرسال إشارة إلى الخلية لقطع تسلسلات فريدة محددة في نسخة mRNA للجين المعيب، مما يعطل ترجمة mRNA المعيب، وبالتالي التعبير الجيني. وتستخدم طريقة أخرى أوليغوديوكسي نيوكليوتيدات مزدوجة السلسلة كطعم لعوامل النسخ اللازمة لتنشيط نسخ الجين المستهدف. ترتبط عوامل النسخ بالطعم بدلاً من مُحفز الجين المعيب، مما يقلل من نسخ الجين المستهدف، وبالتالي يخفض التعبير الجيني. بالإضافة إلى ذلك، استُخدمت أوليغونوكليوتيدات DNA أحادية السلسلة لتوجيه تغيير قاعدة واحدة داخل جين طافر. صُمم الأوليغونوكليوتيد ليرتبط بالجين المستهدف بشكل متكامل، باستثناء قاعدة مركزية تُسمى القاعدة المستهدفة، والتي تعمل كقاعدة قالب للإصلاح. تُعرف هذه التقنية باسم إصلاح الجينات بوساطة الأوليغونوكليوتيد، أو إصلاح الجينات المستهدف، أو تعديل النيوكليوتيدات المستهدف.

ليبوبليكس

لتحسين توصيل الحمض النووي الجديد إلى الخلية، يجب حماية الحمض النووي من التلف وشحنه بشحنة موجبة. في البداية، استُخدمت الليبيدات الأنيونية والمتعادلة في بناء الليبوبلكسات للنواقل الاصطناعية. ومع ذلك، على الرغم من انخفاض سميتها، وتوافقها مع سوائل الجسم، وإمكانية تكييفها لتكون خاصة بالأنسجة، إلا أن إنتاجها معقد ويستغرق وقتًا طويلاً، لذا تم توجيه الاهتمام إلى النسخ الكاتيونية.

استُخدمت الليبيدات الكاتيونية ، نظرًا لشحنتها الموجبة، في البداية لتكثيف جزيئات الحمض النووي (DNA) سالبة الشحنة، وذلك لتسهيل تغليف الحمض النووي داخل الليبوسومات. لاحقًا، تبيّن أن استخدام الليبيدات الكاتيونية يُحسّن بشكل ملحوظ استقرار الليبوبلكسات. كما أن تفاعل الليبوسومات الكاتيونية مع غشاء الخلية، نتيجةً لشحنتها، جعل عملية البلعمة الخلوية تُعتبر المسار الرئيسي الذي تمتص به الخلايا الليبوبلكسات. تتشكل الإندوسومات نتيجةً لعملية البلعمة الخلوية، ولكن إذا لم تتمكن الجينات من التحرر إلى السيتوبلازم عن طريق اختراق غشاء الإندوسوم، فإنها ستُرسل إلى الليزوزومات حيث يُدمّر الحمض النووي قبل أن يؤدي وظيفته. كما تبيّن أنه على الرغم من قدرة الليبيدات الكاتيونية نفسها على تكثيف الحمض النووي وتغليفه داخل الليبوسومات، إلا أن كفاءة النقل الجيني منخفضة جدًا بسبب عدم قدرتها على "الهروب من الإندوسوم". مع ذلك، عند إضافة الليبيدات المساعدة (عادةً الليبيدات المتعادلة كهربائيًا، مثل DOPE) لتكوين الليبوبلكسات، لوحظت كفاءة نقل جيني أعلى بكثير. لاحقًا، اكتُشف أن بعض الليبيدات لديها القدرة على زعزعة استقرار أغشية الإندوسومات لتسهيل خروج الحمض النووي منها، ولذلك تُسمى هذه الليبيدات بالليبيدات الاندماجية. على الرغم من استخدام الليبوسومات الكاتيونية على نطاق واسع كبديل لناقلات توصيل الجينات، فقد لوحظت أيضًا سمية تعتمد على الجرعة للليبيدات الكاتيونية، مما قد يحد من استخداماتها العلاجية. [ 16 ]

يُستخدم الليبوبلكسات بشكل شائع في نقل الجينات إلى الخلايا السرطانية، حيث تعمل الجينات المُضافة على تنشيط جينات كابتة للأورام في الخلية وتقليل نشاط الجينات الورمية. وقد أظهرت دراسات حديثة أن الليبوبلكسات مفيدة في نقل الجينات إلى خلايا الظهارة التنفسية .

البوليميروزومات

البوليميروزومات هي نسخ اصطناعية من الليبوسومات ( حويصلات ذات طبقة ثنائية من الدهون )، مصنوعة من بوليمرات مشتركة أمفيباثية . يمكنها تغليف محتويات محبة للماء أو كارهة للماء ، ويمكن استخدامها لتوصيل مواد مثل الحمض النووي أو البروتينات أو الأدوية إلى الخلايا. تشمل مزايا البوليميروزومات على الليبوسومات استقرارًا أكبر، وقوة ميكانيكية أعلى، وفترة بقاء أطول في الدورة الدموية، وسعة تخزين أكبر. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

بوليبلكس

تُسمى معقدات البوليمرات مع الحمض النووي (DNA) بالبوليبلكسات. [ 16 ] [ 20 ] تتكون معظم البوليبلكسات من بوليمرات كاتيونية، ويعتمد تصنيعها على التجميع الذاتي من خلال التفاعلات الأيونية. أحد الفروق المهمة بين آليات عمل البوليبلكسات والليبوبلكسات هو أن البوليبلكسات لا تستطيع إطلاق حمولتها من الحمض النووي (DNA) مباشرةً في السيتوبلازم. ونتيجةً لذلك، كان من الضروري استخدام عوامل مُحللة للجسيمات الداخلية، مثل الفيروس الغدي المُعطل، لتسهيل هروب الجسيمات النانوية من الحويصلة الإندوسومية المتكونة أثناء امتصاص الجسيمات. مع ذلك، فإن فهمًا أفضل للآليات التي يمكن من خلالها للحمض النووي (DNA) الهروب من مسار الإندوليسوزوم، أي تأثير إسفنجة البروتونات، [ 21 ] قد أدى إلى ظهور استراتيجيات جديدة لتخليق البوليمرات، مثل دمج بقايا قابلة للبروتنة في هيكل البوليمر، وأعاد تنشيط الأبحاث المتعلقة بالأنظمة القائمة على البوليمرات الموجبة الشحنة. [ 22 ]

نظراً لانخفاض سميتها، وقدرتها العالية على التحميل، وسهولة تصنيعها، تُظهر النواقل النانوية متعددة الكاتيونات إمكانات واعدة مقارنةً بنظائرها، مثل النواقل الفيروسية التي تُظهر استجابة مناعية عالية واحتمالية التسبب بالسرطان، والنواقل القائمة على الدهون التي تُسبب سمية تعتمد على الجرعة. يُعد البولي إيثيلين إيمين [ 23 ] والكيتوزان من بين النواقل البوليمرية التي دُرست على نطاق واسع لتطوير علاجات توصيل الجينات. وتُضاف نواقل متعددة الكاتيونات أخرى، مثل بولي (بيتا-أمينو إسترات) [ 24 ] وبولي فوسفوراميدات [ 25 ] ، إلى قائمة النواقل الجينية المحتملة. إضافةً إلى تنوع البوليمرات والبوليمرات المشتركة، فإن سهولة التحكم في حجم وشكل وتركيب سطح هذه النواقل النانوية البوليمرية تُعطيها ميزة في القدرة على الاستهداف والاستفادة من النفاذية المُحسّنة وتأثير الاحتفاظ. [ 26 ]

المتفرعات

الدندريمر هو جزيء ضخم متفرع للغاية ذو شكل كروي. يمكن تعديل سطح الجسيم وظيفيًا بطرق عديدة، وتتحدد العديد من خصائص التركيب الناتج من خلال سطحه .

على وجه الخصوص، من الممكن بناء دندريمر كاتيون، أي دندريمر ذو شحنة سطحية موجبة. عند وجود مادة وراثية مثل الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) أو الحمض النووي الريبوزي (RNA)، يؤدي تكامل الشحنات إلى ارتباط مؤقت بين الحمض النووي والدندريمر الكاتيون. عند وصوله إلى وجهته، يتم إدخال معقد الدندريمر-الحمض النووي إلى الخلية عبر عملية البلعمة الخلوية.

في السنوات الأخيرة، أصبحت الليبيدات الكاتيونية المعيار الأمثل لعوامل نقل الجينات. وقد أشارت التقارير إلى وجود قيود على هذه الكواشف المنافسة، منها: عدم القدرة على نقل الجينات إلى بعض أنواع الخلايا، وضعف قدرات الاستهداف النشط، وعدم التوافق مع النماذج الحيوانية، والسمية. أما المتفرعات، فتُوفر بنية تساهمية متينة وتحكمًا دقيقًا في بنية الجزيء، وبالتالي حجمه. وهذا مجتمعًا يُعطيها مزايا جوهرية مقارنةً بالأساليب الحالية.

لطالما كان إنتاج المتفرعات عملية بطيئة ومكلفة، تتألف من تفاعلات بطيئة عديدة، ما شكل عائقًا كبيرًا أمام تطويرها التجاري. اكتشفت شركة "دندريتيك نانوتكنولوجيز" التي تتخذ من ميشيغان مقرًا لها، طريقةً لإنتاج المتفرعات باستخدام الكيمياء الحركية، وهي عملية لم تُخفض التكلفة بمقدار ثلاثة أضعاف فحسب، بل قلّصت أيضًا وقت التفاعل من أكثر من شهر إلى بضعة أيام. يمكن تصميم هذه المتفرعات الجديدة، المسماة "بريوستار"، خصيصًا لحمل حمولة من الحمض النووي (DNA) أو الحمض النووي الريبي (RNA)، ما يسمح بنقل الجينات إلى الخلايا بكفاءة عالية مع سمية ضئيلة أو معدومة.

الجسيمات النانوية غير العضوية

أثبتت الجسيمات النانوية غير العضوية، مثل الذهب والسيليكا وأكسيد الحديد (كما في تقنية النقل المغناطيسي ) وفوسفات الكالسيوم ، قدرتها على نقل الجينات. [ 27 ] ومن مزايا النواقل غير العضوية استقرارها أثناء التخزين، وانخفاض تكلفة تصنيعها ووقت إنتاجها، وانخفاض استجابتها المناعية، ومقاومتها للهجمات الميكروبية. وقد ثبت أن المواد النانوية التي يقل حجمها عن 100 نانومتر قادرة على احتجاز الحمض النووي DNA أو RNA بكفاءة ، مما يسمح لها بالخروج من الجسيم الداخلي دون تحلل. كما أظهرت المواد غير العضوية تحسنًا في عملية النقل الجيني في المختبر لخطوط الخلايا الملتصقة، وذلك بفضل كثافتها العالية وموقعها المفضل في قاعدة طبق الزراعة. وقد استُخدمت النقاط الكمومية بنجاح أيضًا، مما يسمح بربط العلاج الجيني بعلامة فلورية مستقرة. ويجري حاليًا تطوير جسيمات نانوية عضوية مُهندسة، والتي يمكن استخدامها في النقل المشترك للجينات والعوامل العلاجية. [ 28 ] 

الببتيدات المخترقة للخلايا

الببتيدات المخترقة للخلايا (CPPs)، والمعروفة أيضًا باسم نطاقات نقل الببتيد (PTDs)، هي ببتيدات قصيرة (أقل من 40 حمضًا أمينيًا) تخترق أغشية الخلايا بكفاءة عالية، وذلك من خلال ارتباطها تساهميًا أو غير تساهميًا بجزيئات مختلفة، مما يُسهّل دخول هذه الجزيئات إلى الخلايا. يحدث دخول الخلايا بشكل أساسي عن طريق البلعمة الخلوية، ولكن توجد آليات دخول أخرى أيضًا. تشمل أمثلة جزيئات الحمولة التي تحملها الببتيدات المخترقة للخلايا الأحماض النووية ، والجسيمات الشحمية ، والأدوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض. [ 29 ] [ 30 ]

يمكن توجيه حمولة الببتيدات المخترقة للخلايا (CPP) إلى عضيات خلوية محددة عن طريق دمج تسلسلات التموضع في تسلسلات CPP. على سبيل المثال، تُستخدم تسلسلات التموضع النووي عادةً لتوجيه حمولة CPP إلى النواة. [ 31 ] وللتوجيه إلى الميتوكوندريا، يمكن استخدام تسلسل استهداف الميتوكوندريا ؛ وتُستخدم هذه الطريقة في تقنية البروتوفكشن (وهي تقنية تسمح بإدخال الحمض النووي للميتوكوندريا الغريب إلى ميتوكوندريا الخلايا). [ 32 ] [ 33 ]

الأساليب الهجينة

نظراً لوجود عيوب في كل طريقة من طرق نقل الجينات ، فقد طُوّرت بعض الطرق الهجينة التي تجمع بين تقنيتين أو أكثر. تُعدّ الفيروسات المُعدّلة (الفيروسومات) مثالاً على ذلك؛ فهي تجمع بين الليبوسومات وفيروس نقص المناعة البشرية أو الإنفلونزا المُعطّل . وقد أظهرت هذه الطريقة كفاءة أعلى في نقل الجينات في خلايا الظهارة التنفسية مقارنةً بالطرق الفيروسية أو الليبوسومية منفردةً. وتشمل الطرق الأخرى مزج نواقل فيروسية أخرى مع دهون كاتيونية أو تهجين الفيروسات .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ دوراي إس، ماني إم، كاندفيلو كيه، وو جيه، بورتيوس إم إتش، تشاندراسيكاران إس (2005). "نوكليازات أصابع الزنك: مقصات جزيئية مصممة خصيصًا لهندسة جينوم الخلايا النباتية والثديية" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 33 (18): 5978-90 . doi : 10.1093/nar/ gki912 . PMC 1270952. PMID 16251401 .  
  2. ↑ حسين باي أبينا، س. (يوليو 2010). "فعالية العلاج الجيني لنقص المناعة المركب الشديد المرتبط بالكروموسوم X" . مجلة نيو إنجلاند الطبية . 363 (4): 355-364 . doi : 10.1056/NEJMoa1000164 . PMC 2957288. PMID 20660403 – عبر PubMed.  
  3. ↑ "حول مرض نقص المناعة الشديد - غياب أنظمة الدفاع في الجسم" . موقع نقص المناعة الشديد .
  4. ↑ "النواقل الفيروسية الغدية المعتمدة على المساعدة في العلاج الجيني التجريبي" . مجلة Acta Biochimica Polonica . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 مايو 2026 .
  5. ^ فويرستين ، آدم (23 سبتمبر 2008). "الإنتروجين متضرر بشكل خطير من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية Advexin Snub" . ذا ستريت .
  6. ↑ بورست، إي.، وميسرل ، م. (2000). "تطوير ناقل فيروس مضخم للخلايا للعلاج الجيني الجسدي". زرع نخاع العظم . 25 (2): S80-2. doi : 10.1038/sj.bmt.1702361 . PMID 10933196. S2CID 19751534 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  7. ↑ فروه، كلاوس، ولويس بيكر (2017). "برمجة الخلايا التائية CD8+ باستخدام نواقل الفيروس المضخم للخلايا: تطبيقات في التطعيم الوقائي والعلاجي" . الرأي الحالي في علم المناعة . 47 : 52-56 . doi : 10.1016/j.coi.2017.06.010 . PMC 5626601. PMID 28734175 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  8. ↑ جايجيان، دابو (2022). "علاج جيني جديد عن طريق الأنف والحقن لإطالة العمر بصحة جيدة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 119 (20) e2121499119. Bibcode : 2022PNAS..11921499J . doi : 10.1073 / pnas.2121499119 . PMC 9171804. PMID 35537048 .  
  9. 1 2 "عملية العلاج الجيني". العلاجات البديلة. 8 مايو 2006. الطب البديل، موقع إلكتروني. 23 نوفمبر 2009.
  10. ↑ هاروود، أ. ج. (1994). بروتوكولات تحليل الجينات. الطبعة الأولى . المجلد 31. توتوا، نيو جيرسي: دار هومانا للنشر. doi : 10.1385/0896032582 . ISBN  978-0-89603-258-3.
  11. ↑ موراكامي تي، سونادا واي (ديسمبر 2011). "العلاج الجيني باستخدام الحمض النووي البلازميدي عن طريق التثقيب الكهربائي: المبادئ والتطورات الحديثة". العلاج الجيني الحالي . 11 (6): 447-56 . doi : 10.2174/156652311798192860 . PMID 22023474 . 
  12. ↑ "الجينات والحمض النووي - دليل المبتدئين لعلم الوراثة وتطبيقاته" . مؤرشف من الأصل في 27 يونيو 2009. تم الاطلاع عليه في 17 سبتمبر 2017 .
  13. ↑ بوناماسا ب، هاي ل، ليو د (أبريل 2011). " التوصيل الهيدروديناميكي للجينات وتطبيقاته في البحوث الصيدلانية" . البحوث الصيدلانية . 28 (4): 694-701 . doi : 10.1007/s11095-010-0338-9 . PMC 3064722. PMID 21191634 .  
  14. ↑ سودا ت، ليو د (ديسمبر 2007). "التوصيل الجيني الهيدروديناميكي: مبادئه وتطبيقاته" . العلاج الجزيئي . 15 (12): 2063-2069 . doi : 10.1038/sj.mt.6300314 . PMID 17912237 . 
  15. ↑ الدوسري، م. س.، كناب، ج. إ.، ليو، د. (2005). "التوصيل الهيدروديناميكي" . نواقل غير فيروسية للعلاج الجيني . التقدم في علم الوراثة. المجلد 54 (الطبعة الثانية: الجزء 2 ). الصفحات 65-82 . doi : 10.1016/S0065-2660(05)54004-5 . ISBN    978-0-12-017654-0PMID 16096008​​ 
  16. إيلينا جونكيرا ؛ إميليو أيكارت (26 يوليو 2015). "التقدم الحديث في العلاج الجيني لتوصيل الأحماض النووية باستخدام نواقل كاتيونية متعددة التكافؤ" . التقدم في علوم الغرويات والأسطح البينية . 233 : 161-175 . doi : 10.1016/J.CIS.2015.07.003 . ISSN 0001-8686 . PMID 26265376. Wikidata Q38565053 .   
  17. ↑ كريشنامورثي ب، كارانام ف، تشيلان ف ر، سيرام ك، ناتاراجان ت س، غريغوري م (يوليو 2014). "البوليميروزومات كنظام فعال لإيصال الأدوية لعلاج الورم الدبقي - مراجعة". مجلة استهداف الأدوية . 22 (6): 469-477 . doi : 10.3109/1061186X.2014.916712 . PMID 24830300. S2CID 35338595 .  
  18. ↑ تشاندراواتي ر، كاروسو ف (أكتوبر 2012). "تجمعات متعددة الحجرات قائمة على الليبوسومات والبوليميروسومات المحاكية بيولوجيًا" . لانغمير . 28 (39): 13798-13807 . doi : 10.1021/la301958v . hdl : 11343/123289 . PMID 22831559 . 
  19. ↑ ين هـ، كاناستي ر.ل، إلتوخي أ.أ، فيغاس أ.ج، دوركين ج.ر، أندرسون د.ج (أغسطس 2014). " نواقل غير فيروسية للعلاج الجيني". مجلة نيتشر ريفيوز. علم الوراثة . 15 (8): 541-55 . doi : 10.1038/nrg3763 . PMID 25022906. S2CID 15273455 .  
  20. ↑ تعريف كلمة "polyplex" في قاموس ويكشنريشعار ويكشنري
  21. ↑ أكينك أ، توماس م، كليبانوف أ.م، لانجر ر (مايو 2005). "استكشاف نقل الحمض النووي بوساطة بولي إيثيلين إيمين وفرضية إسفنجة البروتون". مجلة طب الجينات . 7 (5): 657-663 . doi : 10.1002/jgm.696 . PMID 15543529. S2CID 25740208 .  
  22. ↑ تييرا إم جيه، شي كيو، وينيك إف إم، فرنانديز جيه سي (أغسطس 2011). "العلاج الجيني القائم على البوليكاتيون: المعرفة الحالية والآفاق الجديدة". العلاج الجيني الحالي . 11 (4): 288-306 . doi : 10.2174/156652311796150408 . hdl : 11449/226414 . PMID 21453278 . 
  23. ↑ نيميش س (مايو 2012). "بولي إيثيلين إيمين كناقل واعد لتوصيل الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA) الموجه". علم الأدوية السريري الحالي . 7 (2): 121-130 . doi : 10.2174/157488412800228857 . PMID 22432843 . 
  24. ↑ كوزيلسكي كيه إل، تزينغ إس واي، غرين جيه جيه (يونيو 2013). "بوليمر خطي قابل للاختزال الحيوي من نوع بولي (بيتا-أمينو إستر) لتوصيل الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير" . مجلة الاتصالات الكيميائية . 49 (46): 5319-21 . doi : 10.1039/c3cc40718g . PMC 3894248. PMID 23646347 .  
  25. ↑ جيانغ إكس، كو دبليو، بان دي، رين واي، ويليفورد جيه إم، كوي إتش، لويجتن إي، ماو إتش كيو (يناير 2013). "التحكم في شكل جسيمات نانوية من بوليمر كتل الحمض النووي المكثف باستخدام قالب البلازميد" . المواد المتقدمة . 25 (2): 227-232 . Bibcode : 2013AdM....25..227J . doi : 10.1002/adma.201202932 . PMC 3918481. PMID 23055399 .  
  26. ↑ ماتسومورا واي، مايدا إتش (ديسمبر 1986). "مفهوم جديد للعلاجات الجزيئية الكبيرة في العلاج الكيميائي للسرطان: آلية التراكم الورمي للبروتينات وعامل مضاد الورم smancs" . أبحاث السرطان . 46 (12 الجزء 1): 6387-92 . PMID 2946403 . 
  27. ↑ فاغنر دي إي، بهادوري إس بي (فبراير 2012). "التقدم والتوقعات المتعلقة بالجسيمات النانوية غير العضوية لتوصيل تسلسلات الأحماض النووية المرتبطة بأمراض العظام: مراجعة". هندسة الأنسجة، الجزء ب: مراجعات . 18 (1): 1-14 . doi : 10.1089/ten.TEB.2011.0081 . PMID 21707439 . 
  28. ↑ سينغ، ب. ن.، غوبتا، ف. ك.، تشين، ج.، أتاناسوف، أ. ج. (ديسمبر 2017). "الأساليب التجميعية القائمة على الجسيمات النانوية العضوية للعلاج الجيني". اتجاهات في التكنولوجيا الحيوية . 35 (12): 1121-1124 . doi : 10.1016/j.tibtech.2017.07.010 . PMID 28818304 . 
  29. ↑ كوبولوفيتشي دي إم، لانجيل كيه، إريست إي، لانجيل يو (مارس 2014). "الببتيدات المخترقة للخلايا: التصميم والتخليق والتطبيقات". ACS Nano . 8 (3): 1972-1994 . Bibcode : 2014ACSNa...8.1972C . doi : 10.1021/nn4057269 . PMID 24559246 . 
  30. ↑ بالم-أبيرجي سي، لون بي، داودي إس إف (أبريل 2012). "هل تخترق الببتيدات المخترقة للخلايا أغشية الخلايا فعلاً؟" . العلاج الجزيئي . 20 (4): 695-7 . doi : 10.1038/mt.2012.40 . PMC 3322330. PMID 22472979 .  
  31. ↑ ريسمان ، س. (أكتوبر 2014). "اختراق الخلايا: نطاقه وحدوده من خلال تطبيق الببتيدات المخترقة للخلايا". مجلة علوم الببتيدات . 20 (10): 760-84 . doi : 10.1002/psc.2672 . PMID 25112216. S2CID 28432186 .  
  32. ↑ ميليشينا د، إبراهيم ن، بوش ب، لايتولرز ر.ن، ديتريش أ، ويبر-لطفي ف (أغسطس 2011). "نقل الجينات إلى الميتوكوندريا لدراسة إصلاح الحمض النووي للعضيات، وصيانة الجينوم، والشيخوخة". آليات الشيخوخة والتطور . 132 ( 8-9 ): 412-423 . doi : 10.1016/j.mad.2011.05.002 . PMID 21645537. S2CID 32111038 .  
  33. ↑ يون واي جي، كوب إم دي، يو واي إتش (يونيو 2010). " إعادة هندسة جينومات الميتوكوندريا في خلايا الثدييات" . علم التشريح وعلم الأحياء الخلوي . 43 (2): 97-109 . doi : 10.5115/acb.2010.43.2.97 . PMC 2998782. PMID 21189990 .