A mundet ‘dogma qendrore’ të biologjisë mashtrojnë bioinxhinierët?

Sot, ilaçet e bazuara në antitrupa – proteina që luftojnë infeksionet dhe sëmundjet – janë të përshkruara për çdo gjë, nga kanceri tek COVID-19 e deri te kolesteroli i lartë. Ilaçet e antitrupave furnizohen nga qeliza të gjeneruara gjenetikisht që funksionojnë si fabrika të vogla të prodhimit të proteinave në laborator.

Ndërkohë, studiuesit kanë synuar kancerin, dëmtimet e organeve të brendshme dhe një mori sëmundjesh të tjera me strategji të reja në të cilat qelizat e krijuara në mënyrë të ngjashme implantohen drejtpërdrejt te pacientët.

Këto aplikacione të bioteknologjisë mbështeten në parimin që ndryshimi i ADN-së së qelizës për të prodhuar më shumë nga udhëzimet gjenetike për prodhimin e një proteine do të bëjë që qeliza të lëshojë më shumë nga ajo proteinë.

Një studim i ri i UCLA sugjeron që – të paktën në një lloj qelize staminale – parimi nuk është domosdoshmërisht i vërtetë.

Kërkuesit ekzaminuan qelizat burimore mezenkimale, të cilat qëndrojnë në palcën e eshtrave dhe mund të vetërinovohen ose të zhvillohen në kocka, yndyrë ose qeliza muskulore. Qelizat mezenkimale sekretojnë një faktor të rritjes proteinike të quajtur VEGF-A, i cili luan një rol në rigjenerimin e enëve të gjakut dhe që shkencëtarët besojnë se mund të ketë potencialin për të riparuar dëmtimet nga sulme në zemër, lëndime të veshkave, sëmundje arteriale në gjymtyrë dhe kushte të tjera.

Kur studiuesit krahasuan sasinë e VEGF-A që çdo qelizë mezenkimale lëshonte me shprehjen e gjeneve në të njëjtën qelizë që kodojnë për VEGF-A, rezultatet ishin befasuese: Shprehja e gjeneve lidhej vetëm dobët me sekretimin aktual të faktorit të rritjes.

Shkencëtarët identifikuan gjene të tjera që lidhen më mirë me sekretimin e faktorit të rritjes, duke përfshirë një që kodon për një proteinë që gjendet në sipërfaqen e disa qelizave burimore. Duke izoluar qelizat staminale me atë proteinë në sipërfaqen e tyre, ekipi kultivoi një popullatë që sekretonte shumë VEGF-A dhe vazhdoi ta bënte këtë ditë më vonë.

Gjetjet, publikuar në Nature Nanotechnology, sugjerojnë se një supozim themelor në biologji dhe bioteknologji mund të jetë i gatshëm për rishqyrtim, tha autori bashkëkorrespondues Dino Di Carlo, profesor i Inxhinierisë dhe Mjekësisë Armond dhe Elena Hairapetian në Shkollën e Inxhinierisë Samueli të UCLA.

“Dogma qendrore ka qenë, ju keni udhëzime në ADN, ato ritranskriptohen në ARN, dhe më pas ARN përkthehet në proteinë”,” tha Di Carlo, i cili është gjithashtu anëtar i Institutit NanoSystems të Kalifornisë në UCLA dhe Qendra Eli dhe Edythe Broad e Mjekësisë Rigjeneruese dhe Kërkimeve të Qelizave Staminale.

Bazuar në këtë, shumë shkencëtarë supozuan se nëse do të kishit më shumë ARN, do të kishit më shumë proteina, dhe më pas më shumë proteina të lëshuara nga qeliza. Ne e vumë në dyshim atë supozim.

“Duket se nuk mund të supozojmë se nëse një gjen shprehet në nivele më të larta, do të ketë sekretim më të lartë të proteinës përkatëse. Ne gjetëm një shembull të qartë ku kjo nuk ndodh dhe hap shumë pyetje të reja.”

Rezultatet mund të ndihmojnë për ta bërë prodhimin e trajtimeve të bazuara në antitrupa më efikas dhe për të përcaktuar trajtime të reja qelizore që do të ishin më efektive. Njohja e çelësave të duhur gjenetikë për t’u kthyer mund të mundësojë inxhinierinë ose përzgjedhjen e qelizave jashtëzakonisht produktive për të bërë ose ofruar terapi.

Studimi i UCLA u krye duke përdorur pajisje standarde laboratorike të shtuara me një teknologji të shpikur nga Di Carlo dhe kolegët e tij: nanovialë, kontejnerë hidrogeli në formë tasi mikroskopike, secila prej të cilave kap një qelizë të vetme dhe sekrecionet e saj.

Duke përdorur një metodë të re analitike të aktivizuar me nanovial, shkencëtarët ishin në gjendje të lidhnin sasinë e VEGF-A të lëshuar nga secila prej 10,000 qelizave burimore mezenkimale me një atlas që harton dhjetëra mijëra gjene të shprehura nga e njëjta qelizë.

“Aftësia për të lidhur sekretimin e proteinave me shprehjen e gjeneve në nivel njëqelizor premton shumë për fushat e kërkimit të shkencës së jetës dhe zhvillimit terapeutik”,” tha Kathrin Plath, një profesoreshë e kimisë biologjike në UCLA, një anëtare e Qendrës së Kërkimit të Qelizave Staminale të Gjerë dhe një autore bashkëkorresponduese e studimit.

“Pa të, ne nuk mund të kishim arritur në rezultatet e papritura që gjetëm në këtë studim. Tani kemi një mundësi emocionuese për të mësuar gjëra të reja rreth mekanizmave që mbështesin proceset bazë të jetës dhe të përdorim atë që mësojmë për të avancuar shëndetin e njeriut.”< /span>

Ndërsa aktivizimi i udhëzimeve gjenetike për VEGF-A shfaqi pak korrelacion me çlirimin e proteinës, studiuesit identifikuan një grup prej 153 gjenesh me lidhje të forta me sekretimin e VEGF-A. Shumë prej tyre njihen për funksionin e tyre në zhvillimin e enëve të gjakut dhe shërimin e plagëve; për të tjerët, funksioni i tyre aktualisht është i panjohur.

Një nga ndeshjet kryesore kodon një proteinë të sipërfaqes qelizore, IL13RA2, qëllimi i së cilës është kuptuar keq. Vendndodhja e tij e jashtme e bëri më të thjeshtë për shkencëtarët që ta përdorin atë si një shënues dhe t’i ndajnë ato qeliza nga të tjerat. Qelizat me IL13RA2 treguan 30% më shumë sekretim VEGF-A sesa qelizat që nuk kishin markerin.

Në një eksperiment të ngjashëm, studiuesit i mbajtën qelizat e ndara në kulturë për gjashtë ditë. Në fund të asaj kohe, qelizat me shënues sekretuan 60% më shumë VEGF-A krahasuar me qelizat pa të.

Megjithëse terapitë e bazuara në qelizat burimore mezenkimale kanë treguar premtime në studimet laboratorike, sprovat klinike me pjesëmarrësit njerëzorë kanë treguar se shumë nga këto opsione të reja janë të sigurta, por jo efektive. Aftësia për të renditur për sekretues të lartë VEGF-A duke përdorur IL13RA2 mund të ndihmojë në ndryshimin e kësaj.

“Identifikimi i një nënpopullate që prodhon më shumë, dhe shënuesve të lidhur me atë popullatë, do të thotë që ju mund t’i ndani ato shumë lehtë,” ka thënë Di Carlo. “Një popullatë shumë e pastër qelizash që do të prodhojnë nivele të larta të proteinave tuaja terapeutike duhet të bëjë një terapi më të mirë.”

Nanovialët janë në dispozicion komercialisht nga Partillion Bioscience, një kompani e bashkë-themeluar nga Di Carlo që filloi në inkubatorin në kampus të CNSI, Magnify.