Nove mogućnosti konzumiranja: Kofein za modifikovanje genske ekspresije

Šta ako šoljica kafe može pomoći u lečenju raka? Istraživači iz Medicinskog centra Teksaskog A&M univerziteta veruju da je to moguće.

Kombinacijom kofeina sa alatom za modifikaciju gena CRISPR naučnici otključavaju nove tretmane za dugoročne bolesti, poput raka i dijabetesa, koristeći strategiju poznatu kao hemogenetika.

Preporučujemo

Institut za bionauke i tehnologiju specijalizuje se za izučavanje medicine na ćelijskom, epigenetskom i genetskom nivou. Hemogenetika se odnosi na sposobnost kontrole ćelijskog ponašanja putem spolja primenjenih, malih molekula – često lekova ili dijetetskih jedinjenja – koji aktiviraju genetskim inženjeringom kreirane prekidače unutar ćelija.

Za razliku od tradicionalnih lekova koji široko utiču na mnoga tkiva, hemogenetski pristupi su dizajnirani da deluju samo na ćelije koje su genetski programirane da reaguju.

Najnovije istraživanje se oslanja na postojeće znanje o genetskim "prekidačima" unutar ćelija uvodeći novi hemogenetski pristup koji koristi CRISPR i kofein. Proces počinje prethodnim instaliranjem ćelija. Geni koji kodiraju nanotelo, njegov odgovarajući protein i CRISPR mehanizam dostavljaju se pomoću ustanovljenih metoda transfera gena, omogućavajući ćelijama da samostalno proizvode ove komponente.

Kad je ovaj molekularni okvir postavljen, proces se može kontrolisati spolja. Kad osoba kasnije konzumira dozu kofeina od 20mg – npr. iz kafe, čokolade ili gaziranog pića – to izaziva vezivanje nanotela i odgovarajućeg proteina, čime se aktiviraju CRISPR genetske modifikacije unutar ćelija.

Ova metoda takođe omogućava naučnicima da aktiviraju T ćelije, što nije moguće putem drugih metoda genske modifikacije. T ćelije služe za skladištenje pamćenja na prošle infekcije, čuvajući šeme koje pomažu u borbi protiv budućih pretnji. Sposobnost manuelnog aktiviranja ovih ćelija mogla bi istraživačima dati nov način usmeravanja imunskog sistema protiv specifičnih bolesti.

Pored toga, otkriveno je da određeni lekovi mogu preokrenuti proces izazivajući odvajanje proteina i tako zaustavljajući dalje genske promene i dajući još veću kontrolu nad načinom upotrebe sistema, što je važno za bezbedne i reverzibilne hemogenetske terapije.

Na primer, lekari bi mogli privremeno pauzirati aktivnost modifikacije gena kako bi pacijenti odmorili od stresa ili sporednih efekata povezanih sa tretmanom, a zatim ponovo aktivirati sistem kad uslovi budu optimalni – omogućavajući da se kontrola gena podešava tokom vremena, a ne da bude stalno uključena.

"Takođe možete inženjerski kreirati ove molekule slične antitelima da rade sa sistemima koje indukuje rapamicin, tako da dodavanjem drugačijeg leka poput rapamicina možete postići suprotan efekat. Na primer, ako su na početku proteini A i B odvojeni, dodavanje kofeina ih spaja; obrnuto, ako su proteini A i B na početku spojeni, dodavanje leka poput rapamicina može izazvati njihovo razdvajanje", kažu naučnici.

Rapamicin je naširoko dostupan imunosupresant koji se tradicionalno koristi protiv odbacivanja transplantiranih organa. Deluje tako što blokira napad belih krvnih znaca na strane entitete u telu. Pristupačnost ga čini glavnim kandidatom za ovakve primene.

Pomoću nanotela koja se mogu aktivirati kofeinom naučnici bi jednog dana mogli lečiti niz bolesti. Dugoročno gledano, mogle bi se napraviti ćelije koje omogućavaju ljudima sa dijabetesom da povećaju proizvodnju insulina prostim ispijanjem šoljice kafe.

Osim insulina, tehnologija se može prilagoditi za kontrolu drugih važnih molekula, kao što su oni koji pokreću T ćelije. U terapiji raka, na primer, kofeinska nanotela bi se mogla ugraditi u T ćelije kako bi lekari imali hemogenetsku kontrolu nad tim kad, gde i koliko snažno imunski sistem napada tumore.

U laboratorijskim studijama na životinjskim modelima, otkriveno je da kofein, kao i njegovi metaboliti – poput teobromina, koji je obilno dostupan iz čokolade ili kakaa – mogu izazvati odgovor i omogućiti modifikaciju CRISPR metodom. Ovaj oblik lečenja je pristupačan, lakši za kontrolu i ima manje sporednih efekata nego drugi tretmani.

Iako su slične tehnike aktivacije već viđene, ova omogućava mnogo veću kontrolu za otvaranje i zatvaranje sklopa. Kad se uvede kofein, istraživači imaju nekoliko sati – ili vreme metabolizacije kofeina – da kontrolišu uključene fiziološke procese ili modifikaciju gena. Zatim se može primeniti rapamicin kao signal za zaustavljanje, što dovodi do razdvajanja proteina i prekida proces. Malo postojećih pristupa omogućava ovaj nivo koordinisane kontrole pokretanja i zaustavljanja, zbog čega je ova metoda naročito pogodna i za istraživačke i za terapijske primene.

"Prilično je modularna. Možete je integrisati u CRISPR i CAR-T ćelije, a i ako želite da indukujete neku terapijsku ekspresiju gena poput insulina ili drugih stvari, i potpuno je podesivo na vrlo precizno kontrolisan način", kažu naučnici.

Cilj je unapređenje rada u dalje prekliničke studije i istraživanje više načina za upotrebu kofeinskih nanotela i CRISPR metode za lečenje širokog spektra medicinskih stanja, približavajući obične molekule korak bliže ulozi alata za preciznu medicinu.

"Uzbuđuje nas ideja pronalaska nove svrhe za dobro poznate lekove i čak obično prisutne sastojke poput kofeina. Umesto da sami deluju kao terapije, molekuli poput kofeina ili rapamicina mogu služiti kao precizni kontrolni signali za sofisticirane ćelijske i genske terapije“, kažu istraživači.

„Pošto su ova jedinjenja već dobro poznata, ovaj pristup otvara praktičan put ka translaciji. Nadamo se da će jednog dana lekari koristiti jednostavne, poznate unose za fino podešavanje moćnih terapija na bezbedan i reverzibilan način".

(Telegraf Nauka/Phys.org)