Genetic and Cellular Therapies

Genetické a buněčné terapie

Pokroky v genetických a buněčných terapiích otevřely nové hranice v medicíně, zejména v oblasti posílení svalového růstu a nápravy zranění. Technologie úpravy genů, jako je CRISPR-Cas9, způsobily revoluci v naší schopnosti modifikovat genetický materiál s bezprecedentní přesností. Výzkum kmenových buněk zároveň nabízí slibné cesty pro regeneraci poškozených tkání a léčbu degenerativních onemocnění. Tento článek se ponoří do potenciálu úpravy genů pro posílení svalového růstu a zkoumá aplikace výzkumu kmenových buněk při opravě zranění a poskytuje komplexní přehled podpořený nedávnými vědeckými poznatky.

Editace genů: Potenciál pro posílení svalového růstu

Přehled technologií pro úpravu genů

CRISPR-Cas9

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-Cas9 je revoluční nástroj pro úpravu genů, který umožňuje přesné, efektivní a cenově výhodné modifikace sekvencí DNA. CRISPR-Cas9, který pochází z bakteriálního obranného mechanismu, používá vodící RNA k nasměrování enzymu Cas9 do specifické sekvence DNA, kde vytvoří dvouvláknový zlom, který umožňuje modifikaci genu.

TALEN a ZFN

  • Efektorové nukleázy podobné transkripčnímu aktivátoru (TALEN): Jedná se o geneticky upravené proteiny, které mohou být navrženy tak, aby cílily na specifické sekvence DNA.
  • Nukleázy zinkových prstů (ZFNs): Jedná se o syntetické proteiny, které kombinují doménu vázající DNA se zinkovým prstem s doménou štěpící DNA.

Zatímco TALEN a ZFN předcházely CRISPR-Cas9, jsou složitější a méně účinné, díky čemuž je CRISPR preferovaným nástrojem v současném výzkumu.

Mechanismy posílení svalového růstu prostřednictvím genové úpravy

Inhibice genu myostatinu

Myostatin je protein, který inhibuje růst svalů. Mutace v MSTN genu, který kóduje myostatin, vedou ke zvýšení svalové hmoty. Editaci genu lze použít k narušení genu MSTN, snížení hladiny myostatinu a podpoře svalové hypertrofie.

  • Studie na zvířatech: CRISPR-Cas9-zprostředkované narušení MSTN u myší vedlo k významnému svalovému růstu.
  • Aplikace: Potenciální léčba nemocí ochabujících svaly, jako je svalová dystrofie.

IGF-1 Gene Enhancement

Inzulinu podobný růstový faktor 1 (IGF-1) hraje klíčovou roli ve vývoji a regeneraci svalů. Posílení exprese IGF-1 prostřednictvím genové úpravy může podpořit růst a opravu svalů.

  • Výsledky výzkumu: Nadměrná exprese IGF-1 na zvířecích modelech ukázala zvýšenou svalovou hmotu a sílu.
  • Terapeutický potenciál: Může pomoci při zotavení ze svalových zranění a působit proti ztrátě svalové hmoty související s věkem.

Aktuální výzkum a zjištění

Studie na zvířatech

  • Duchennova svalová dystrofie (DMD): CRISPR-Cas9 byl použit ke korekci mutací způsobujících DMD u myší, k obnovení exprese dystrofinu a zlepšení svalové funkce.
  • Vylepšování hospodářských zvířat: Úpravou genů vznikl dobytek a prasata se zvýšenou svalovou hmotou narušením genu MSTN.

Potenciální aplikace u lidí

  • Zkoušky genové terapie: Klinické studie v rané fázi zkoumají bezpečnost a účinnost úpravy genů při léčbě genetických svalových poruch.
  • Vylepšení výkonu: Vyvstávají etické obavy týkající se použití úpravy genů pro zvýšení sportovního výkonu.

Etická hlediska a regulační rámec

  • Efekty mimo cíl: Neúmyslné genetické modifikace mohou mít škodlivé následky.
  • Editace zárodečné linie: Změny v zárodečných buňkách mohou být zděděny, což vyvolává etické problémy.
  • Předpisy: Agentury jako FDA a EMA regulují genové editační terapie, přičemž kladou důraz na bezpečnost a etické dodržování.

Výzkum kmenových buněk: Aplikace při opravách zranění

Typy kmenových buněk používaných při regeneraci svalů

Embryonální kmenové buňky (ESC)

  • Charakteristika: Pluripotentní buňky schopné diferenciace na jakýkoli typ buněk.
  • Aplikace: Potenciál vytvářet svalové buňky, ale etické problémy omezují jejich použití.

Dospělé kmenové buňky (satelitní buňky)

  • Charakteristika: Svalově specifické kmenové buňky zapojené do růstu a opravy.
  • Aplikace: Lze izolovat a expandovat pro autologní transplantaci.

Indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC)

  1. Charakteristika: Somatické buňky přeprogramované do pluripotentního stavu.
  2. Výhody: Vyhněte se etickým problémům spojeným s ESC a snižte imunitní odmítnutí.

Mechanismy terapie kmenovými buňkami při nápravě svalového poranění

Diferenciace na svalové buňky

Kmenové buňky se mohou diferencovat na myoblasty, které se spojí a vytvoří nová svalová vlákna.

  • Proces: Kmenové buňky jsou indukovány k expresi genů specifických pro svaly.
  • Výsledek: Regenerace poškozené svalové tkáně, obnova funkce.

Parakrinní účinky

Kmenové buňky vylučují růstové faktory a cytokiny, které podporují opravu tkání.

  • Výhody: Zvyšte angiogenezi, snižte zánět a stimulujte rezidentní buňky.

Klinické zkoušky a současný výzkum

Preklinické studie

  • Modely hlodavců: Transplantace kmenových buněk zlepšila regeneraci svalů a sílu u myší.
  • Velká zvířata: Studie u psů se svalovou dystrofií prokázaly obnovenou svalovou funkci.

Klinické zkoušky na lidech

  • Probíhající zkoušky: Zkoumání bezpečnosti a účinnosti terapií kmenovými buňkami u stavů, jako je DMD a ischemická choroba končetin.
  • Předběžné výsledky: Některé studie uvádějí zlepšení svalové funkce a snížení progrese onemocnění.

Výzvy a budoucí směry

Imunitní odmítnutí

  • Alogenní transplantace: Riziko imunitní reakce proti dárcovským buňkám.
  • Řešení: Použití autologních buněk nebo imunosupresivních terapií.

Etické problémy

  • ESC: Obavy z použití embryonální tkáně.
  • Regulační dohled: Výzkum kmenových buněk se řídí přísnými pokyny.

Zvyšování výroby

  • Výrobní: Výzvy při produkci velkého množství kmenových buněk.
  • Kontrola kvality: Zajištění konzistence a bezpečnosti buněčných produktů.

Genetické a buněčné terapie mají obrovský potenciál pro posílení svalového růstu a nápravu zranění.Technologie úpravy genů, jako je CRISPR-Cas9, umožňují přesné úpravy, které mohou podpořit svalovou hypertrofii a opravit genetické defekty. Výzkum kmenových buněk nabízí slibné strategie pro regeneraci poškozené svalové tkáně prostřednictvím diferenciace a parakrinních účinků. I když bylo dosaženo významného pokroku, přetrvávají problémy, jako jsou etické úvahy, imunitní odmítnutí a technická omezení. Probíhající výzkum a klinické studie nadále připravují cestu k převedení těchto terapií na bezpečnou a účinnou léčbu onemocnění a zranění souvisejících se svaly.

Reference

  1. Doudna, JA, & Charpentier, E. (2014). Nová hranice genomového inženýrství s CRISPR-Cas9. Věda346(6213), 1258096.
  2. Joung, JK a Sander, JD (2013). TALENs: Široce použitelná technologie pro cílené úpravy genomu. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 14(1), 49–55.
  3. Urnov, FD, a kol. (2010). Editace genomu pomocí umělých nukleáz zinkových prstů. Nature Reviews Genetics, 11(9), 636-646.
  4. McPherron, AC, a kol. (1997). Regulace hmoty kosterního svalstva u myší novým členem superrodiny TGF-beta. Příroda, 387(6628), 83-90.
  5. Qin, L., a kol. (2018). Systémem CRISPR/Cas9 indukovaná mutace genu myostatinu u králíků. Buněčná fyziologie a biochemie, 47(4), 1668–1679.
  6. Rodgers, BD a Garikipati, DK (2008). Klinická, zemědělská a evoluční biologie myostatinu: Srovnávací přehled. Endokrinní recenze, 29(5), 513-534.
  7. Philippou, A., a kol. (2007). Role inzulinu podobného růstového faktoru 1 (IGF-1) ve fyziologii kosterního svalstva. In vivo, 21(1), 45–54.
  8. Barton-Davis, ER, a kol. (1998). Virově zprostředkovaná exprese inzulínu podobného růstového faktoru I blokuje ztrátu funkce kosterního svalstva související se stárnutím. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(26), 15603–15607.
  9. Long, C., a kol. (2014). Prevence svalové dystrofie u myší úpravou zárodečné DNA zprostředkovanou CRISPR/Cas9. Věda, 345(6201), 1184–1188.
  10. Wang, X. a kol. (2015). Narušení MSTN zprostředkované CRISPR/Cas9 a dědičná mutageneze u koz způsobuje zvýšení tělesné hmotnosti. Vědecké zprávy, 5, 13878.
  11. ClinicalTrials.gov. (2021). Hledání: editace genů A svalové dystrofie. Načteno z https://clinicaltrials.gov/
  12. Isasi, R., a kol. (2016). Upravit politiku tak, aby odpovídala genomu? Věda, 351(6271), 337-339.
  13. Fu, Y., a kol. (2013). Vysokofrekvenční mutageneze mimo cíl indukovaná nukleázami CRISPR-Cas v lidských buňkách. Přírodní biotechnologie, 31(9), 822-826.
  14. Národní akademie věd, inženýrství a lékařství. (2017). Editace lidského genomu: Věda, etika a správa. National Academy Press.
  15. US Food and Drug Administration. (2020). Lidská genová terapie pro genetické poruchy. Načteno z https://www.fda.gov/
  16. Thomson, JA, a kol. (1998). Embryonální kmenové buněčné linie odvozené z lidských blastocyst. Věda, 282(5391), 1145–1147.
  17. Lo, B., & Parham, L. (2009). Etické problémy ve výzkumu kmenových buněk. Endokrinní recenze, 30(3), 204-213.
  18. Lepper, C., a kol. (2011). Dospělé satelitní buňky a embryonální svalové progenitory mají odlišné genetické požadavky. Příroda, 460(7255), 627-631.
  19. Montarras, D., a kol. (2005). Přímá izolace satelitních buněk pro regeneraci kosterního svalstva. Věda, 309(5743), 2064–2067.
  20. Takahashi, K., & Yamanaka, S. (2006). Indukce pluripotentních kmenových buněk z myších embryonálních a dospělých kultur fibroblastů pomocí definovaných faktorů. Buňka, 126(4), 663-676.
  21. Robinton, DA a Daley, GQ (2012). Příslib indukovaných pluripotentních kmenových buněk ve výzkumu a terapii. Příroda, 481 (7381), 295-305.
  22. Chargé, SB, & Rudnicki, MA (2004). Buněčná a molekulární regulace svalové regenerace. Fyziologické recenze, 84(1), 209-238.
  23. Darabi, R., a kol. (2012). Myogenní progenitory odvozené od lidských ES a iPS obnovují DYSTROFIN a zlepšují patologii u dystrofických myší. Cell Stem Cell, 10(5), 610-619.
  24. Skuk, D., & Tremblay, JP (2011). Intramuskulární buněčná transplantace jako potenciální léčba myopatií: Klinické a preklinické studie. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molekulární základ nemoci, 1812(2), 208–217.
  25. Gnecchi, M. a kol. (2008). Parakrinní mechanismy v signalizaci a terapii dospělých kmenových buněk. Výzkum krevního oběhu, 103(11), 1204–1219.
  26. Caplan, AI, & Correa, D. (2011). MSC: Lékárna zranění. Cell Stem Cell, 9(1), 11–15.
  27. Sacco, A., a kol. (2010). Sebeobnova a expanze jednotlivých transplantovaných svalových kmenových buněk. Příroda, 456(7221), 502–506.
  28. Kornegay, JN, a kol. (2012). Psí modely Duchennovy svalové dystrofie a jejich využití v terapeutických strategiích. Savčí genom, 23(1-2), 85-108.
  29. Americká národní lékařská knihovna. (2021). ClinicalTrials.gov. Načteno z https://clinicaltrials.gov/
  30. Mendell, JR, a kol. (2020). Longitudinální účinek genové terapie na svalovou dystrofii. New England Journal of Medicine, 383(10), 927-939.
  31. Daley, GQ a Scadden, DT (2008). Vyhlídky pro terapii založenou na kmenových buňkách. Buňka, 132(4), 544–548.
  32. Trounson, A., & McDonald, C. (2015). Terapie kmenovými buňkami v klinických studiích: Pokrok a výzvy. Cell Stem Cell, 17(1), 11–22.
  33. Hyun, I. (2010). Bioetika výzkumu a terapie kmenovými buňkami. Journal of Clinical Investigation, 120(1), 71-75.
  34. Mezinárodní společnost pro výzkum kmenových buněk. (2016). Směrnice pro výzkum kmenových buněk a klinický překlad. Načteno z https://www.isscr.org/
  35. Zakrzewski, W., a kol. (2019). Terapie kmenovými buňkami pro tkáňové inženýrství a regenerativní medicínu. Mezinárodní kmenové buňky, 2019, 1–24.
  36. Chen, KG, a kol. (2014). Výzvy a příležitosti pro překlad terapií kmenovými buňkami. Cell Stem Cell, 14(6), 647-656.

← Předchozí článek Další článek →

Zpět nahoru

Zpět na blog