CRISPR-Cas9: Формування майбутнього цільової розробки ліків

Кластерний регулярний проміжний короткий паліндромний повтор/CRISPR-асоційований 9 (CRISPR/ Cas9) — це технологія редагування генів, яка зробила революцію в біомедичних дослідженнях з моменту її початкової публікації у 2012 році. Два основні компоненти, задіяні в CRISPR/ Cas9 , включають направляючу рибонуклеїнову кислоту (РНК), щоб відповідати бажаному цільовому гену та Cas9, який є ендонуклеазою, яка спричиняє розриви у дволанцюговій ДНК.

Cas9 спрямовується до своєї мішені в послідовності ДНК за допомогою направляючої РНК. Специфічна послідовність ДНК, довжина якої становить від двох до п’яти нуклеотидів, повинна вирівнюватися з 3'-кінцем направляючої РНК, щоб послідовність була розрізана та замінена синтетичною єдиною направляючою РНК (sgRNA). Згодом шляхи репарації ДНК, такі як негомологічне з’єднання кінців (NHEJ) або репарація, спрямована на гомологію, об’єднують Cas9 і sgRNA, щоб остаточно модифікувати геном.

Впровадження CRISPR/ Cas9 у клінічні умови має багатообіцяюче застосування для майбутнього лікування генетичних розладів, інфекції вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ) та різних злоякісних захворювань. Незважаючи на те, що для оптимізації цільової доставки молекул Cas9 у клітини та запобігання небажаним нецільовим ефектам все ще потрібні значні дослідження, технологія CRISPR/ Cas9 має потенціал для революції в лікуванні багатьох виснажливих захворювань.

Потреба в таргетних препаратах

Значні наукові досягнення за останні кілька десятиліть сприяли розробці нових варіантів лікування, спрямованих на специфічні молекулярні порушення при різних захворюваннях.

В онкології поєднання цільового лікування з традиційними методами лікування, такими як хімієтерапія, променева терапія та/або імунотерапія, значно підвищило показники виживаності, а також зменшило ризик небажаних побічних ефектів.

Хоча багато цільових протипухлинних терапій (ТАТ) пов’язані з меншою токсичністю порівняно зі стандартними хімієтерапевтичними методами лікування, вони все ще пов’язані зі своїми унікальними побічними ефектами, деякі з яких включають висипання, серцеву дисфункцію, гіпертензію та кровотечі.

Це вимагає залучення фахівців з токсичності на ранніх етапах процесу розробки ліків, щоб дозволити розробникам ліків отримати повне розуміння токсичності сполуки та визначити, як її своєчасно обійти.

На додаток до обмежень, пов’язаних із поточною таргетною терапією, ідентифікація та подальша розробка нових таргетних агентів також є виснажливим і дорогим процесом. Насправді поточні оцінки показують, що час для розробки нового протипухлинного препарату становить 12-15 років, а витрати сягають до 2 мільярдів доларів США.

CRISPR/Cas9 у відкритті ліків

У фармацевтичній промисловості скринінг ліків історично використовувався для ідентифікації хімічно синтезованих маломолекулярних ліків, здатних викликати бажані ефекти в клітинній моделі захворювання. Скринінг ліків часто включає великомасштабні та високопродуктивні аналізи, які дозволяють дослідникам перевіряти та порівнювати in vitro ефективність багатьох молекул одночасно.

Технологію CRISPR можна включити в аналізи скринінгу лікарських засобів як для повного, так і для конкретного геному. Часто CRISPR використовується для диференціальної експресії специфічних генетичних послідовностей, які мають відношення до хвороби, що вивчається. Це створює модель in vitro, в якій дослідники можуть потім оцінити ефективність і токсичність різних сполук перед початком подальших досліджень in vivo.

На додаток до цього типу скринінгу на основі гіпотез, CRISPR також можна застосувати до повногогеномного скринінгу, в якому всі відомі гени обираються з метою виявлення потенційно невідомих генів, залучених до фенотипу хвороби, що цікавить. Обмежений скринінг CRISPR також може бути використаний для цілей відкриття ліків, під час якого досліджується конкретна підмножина генів, які мають відношення до фенотипу захворювання.

Прецизійна медицина та персоналізована терапія

Прецизійна медицина враховує індивідуальні відмінності в генах пацієнтів, а також їх середовище та спосіб життя, щоб визначити конкретні варіанти лікування, які з найбільшою ймовірністю будуть ефективними в лікуванні їхніх хвороб.

У онкології, наприклад, кожен хворий на рак має свої унікальні генетичні та епігенетичні моделі. Навіть онкологічні пацієнти з одним типом раку демонструватимуть різні транскриптоми, протеоми та метаболоми, що призводить до того, що пацієнти часто по-різному реагують на один і той же терапевтичний режим.

Технології CRISPR вже були включені в персоналізований скринінг раку з метою виявлення наявності певних генів, які можуть сприяти росту пухлини, стійкості до ліків, переходу епітелію в мезенхіму, походження раку, метаболічній адаптації та метастазам. Скринінг CRISPR також проводився на тканинах пацієнтів, щоб ідентифікувати індивідуальні мішені ліків і змоделювати, як вони можуть реагувати на різні терапевтичні схеми.

Велика кількість досліджень також була присвячена розробці терапевтичних засобів CRISPR; однак ефективність і безпека цих методів лікування в основному залежать від способу їх доставки. У різних доклінічних моделях раку компоненти CIRSPR-Cas успішно доставлялися у формі плазмід і наночастинок, а також як невірусних, так і вірусних векторів.

Майбутні перспективи та висновки

За останні кілька років CRISPR і екрани на основі CRISPR змінили процес відкриття ліків, щоб значно підвищити ефективність, безпеку та специфічність нових терапевтичних засобів. Технології CRISPR можна використовувати на кожному етапі процесу відкриття ліків, починаючи з використання повногогеномних скринінгів для ідентифікації генів, які важливі для певних фенотипів захворювань, і навіть доставки компонентів CRISPR-Cas для терапевтичних цілей.

ДЖЕРЕЛО: https://www.news-medical.net/