Genetic and Cellular Therapies

Terapie genetyczne i komórkowe

Postępy w terapiach genetycznych i komórkowych otworzyły nowe granice w medycynie, szczególnie w dziedzinie poprawy wzrostu mięśni i naprawy urazów. Technologie edycji genów, takie jak CRISPR-Cas9, zrewolucjonizowały naszą zdolność do modyfikowania materiału genetycznego z niespotykaną dotąd precyzją. Jednocześnie badania nad komórkami macierzystymi oferują obiecujące możliwości regeneracji uszkodzonych tkanek i leczenia chorób zwyrodnieniowych. Niniejszy artykuł zagłębia się w potencjał edycji genów w celu poprawy wzrostu mięśni i bada zastosowania badań nad komórkami macierzystymi w naprawie urazów, zapewniając kompleksowy przegląd poparty najnowszymi odkryciami naukowymi.

Edycja genów: potencjał poprawy wzrostu mięśni

Przegląd technologii edycji genów

CRISPR-Cas9

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-Cas9 to rewolucyjne narzędzie do edycji genów, które umożliwia precyzyjną, wydajną i niedrogą modyfikację sekwencji DNA. Pochodzący z mechanizmu obronnego bakterii, CRISPR-Cas9 wykorzystuje przewodnik RNA, aby skierować enzym Cas9 do określonej sekwencji DNA, gdzie tworzy on pęknięcie dwuniciowe, umożliwiając modyfikację genu.

TALEN-y i ZFN-y

  • Nukleazy efektorowe podobne do aktywatorów transkrypcji (TALEN)Są to białka modyfikowane genetycznie, które można zaprojektować tak, aby oddziaływały na określone sekwencje DNA.
  • Nukleazy cynkowo-palcowe (ZFN):Są to syntetyczne białka, które łączą domenę wiążącą DNA z palcem cynkowym i domenę rozszczepiającą DNA.

Chociaż TALEN i ZFN istniały przed CRISPR-Cas9, są one bardziej złożone i mniej wydajne, co sprawia, że ​​CRISPR jest obecnie preferowanym narzędziem w badaniach.

Mechanizmy poprawy wzrostu mięśni poprzez edycję genów

Hamowanie genu miostatyny

Miostatyna to białko, które hamuje wzrost mięśni. Mutacje w MSTN gen, który koduje miostatynę, prowadzi do zwiększenia masy mięśniowej. Edycja genów może być użyta do zakłócenia genu MSTN, zmniejszając poziom miostatyny i promując hipertrofię mięśni.

  • Badania na zwierzętach:Zakłócenie szlaku MSTN u myszy za pomocą CRISPR-Cas9 spowodowało znaczny wzrost masy mięśniowej.
  • Aplikacje:Potencjalne metody leczenia chorób powodujących zanik mięśni, takich jak dystrofia mięśniowa.

Wzmocnienie genu IGF-1

Insulinopodobny czynnik wzrostu 1 (IGF-1) odgrywa kluczową rolę w rozwoju i regeneracji mięśni. Zwiększenie ekspresji IGF-1 poprzez edycję genów może promować wzrost i naprawę mięśni.

  • Wyniki badań:Nadmierna ekspresja IGF-1 w modelach zwierzęcych wykazała zwiększoną masę i siłę mięśni.
  • Potencjał terapeutyczny:Może pomóc w rekonwalescencji po urazach mięśni i przeciwdziałać utracie masy mięśniowej związanej z wiekiem.

Aktualne badania i ustalenia

Badania na zwierzętach

  • Dystrofia mięśniowa Duchenne'a (DMD):Technologia CRISPR-Cas9 została użyta do skorygowania mutacji powodujących DMD u myszy, przywrócenia ekspresji dystrofiny i poprawy funkcji mięśni.
  • Ulepszanie zwierząt gospodarskich:Edycja genów pozwoliła na uzyskanie większej masy mięśniowej u bydła i świń poprzez zaburzenie genu MSTN.

Potencjalne zastosowania u ludzi

  • Badania nad terapią genowąWczesna faza badań klinicznych ma na celu sprawdzenie bezpieczeństwa i skuteczności edycji genów w leczeniu genetycznych chorób mięśni.
  • Poprawa wydajności:Pojawiają się wątpliwości etyczne dotyczące wykorzystania edycji genów w celu poprawy wyników sportowych.

Rozważania etyczne i ramy regulacyjne

  • Efekty poza celem:Niezamierzone modyfikacje genetyczne mogą mieć szkodliwe konsekwencje.
  • Edycja linii zarodkowejZmiany w komórkach rozrodczych mogą być dziedziczne, co budzi wątpliwości etyczne.
  • Regulamin:Agencje takie jak FDA i EMA regulują terapie edycji genów, kładąc nacisk na bezpieczeństwo i zgodność z zasadami etycznymi.

Badania nad komórkami macierzystymi: zastosowanie w naprawie urazów

Rodzaje komórek macierzystych stosowanych w naprawie mięśni

Komórki macierzyste zarodkowe (ESC)

  • Charakterystyka:Komórki pluripotentne, zdolne do różnicowania się w dowolny typ komórek.
  • Aplikacje:Potencjał wytwarzania komórek mięśniowych, ale względy etyczne ograniczają jego wykorzystanie.

Komórki macierzyste dorosłe (komórki satelitarne)

  • Charakterystyka:Komórki macierzyste specyficzne dla mięśni, biorące udział w wzroście i naprawie.
  • Aplikacje:Można je wyizolować i rozmnożyć w celu przeszczepu autologicznego.

Komórki macierzyste pluripotentne indukowane (iPSC)

  1. Charakterystyka:Komórki somatyczne przeprogramowane do stanu pluripotentnego.
  2. Zalety:Unikaj problemów etycznych związanych z ESC i zmniejszaj ryzyko odrzucenia przez układ odpornościowy.

Mechanizmy terapii komórkami macierzystymi w naprawie urazów mięśni

Różnicowanie w komórki mięśniowe

Komórki macierzyste mogą różnicować się w mioblasty, które łączą się, tworząc nowe włókna mięśniowe.

  • Proces:Komórki macierzyste są indukowane do ekspresji genów specyficznych dla mięśni.
  • Wynik:Regeneracja uszkodzonej tkanki mięśniowej, przywrócenie funkcji.

Efekty parakrynowe

Komórki macierzyste wydzielają czynniki wzrostu i cytokiny, które wspomagają naprawę tkanek.

  • Korzyści:Wspomaga angiogenezę, zmniejsza stan zapalny i stymuluje komórki rezydentne.

Badania kliniczne i bieżące badania

Badania przedkliniczne

  • Modele gryzoni:Transplantacja komórek macierzystych poprawiła regenerację mięśni i siłę u myszy.
  • Duże zwierzętaBadania przeprowadzone na psach z dystrofią mięśniową wykazały przywrócenie funkcji mięśni.

Badania kliniczne na ludziach

  • Trwające procesy:Badanie bezpieczeństwa i skuteczności terapii komórkami macierzystymi w przypadku schorzeń takich jak DMD i choroba niedokrwienna kończyn.
  • Wyniki wstępne:Niektóre badania wskazują na poprawę funkcji mięśni i spowolnienie postępu choroby.

Wyzwania i przyszłe kierunki

Odrzucenie immunologiczne

  • Transplantacja allogeniczna: Ryzyko reakcji immunologicznej skierowanej przeciwko komórkom dawcy.
  • Rozwiązania:Zastosowanie komórek autologicznych lub terapii immunosupresyjnych.

Kwestie etyczne

  • ESC:Obawy związane z wykorzystaniem tkanek zarodkowych.
  • Nadzór regulacyjny:Badania nad komórkami macierzystymi podlegają ścisłym wytycznym.

Zwiększanie skali produkcji

  • Produkcja:Wyzwania związane z produkcją dużych ilości komórek macierzystych.
  • Kontrola jakości:Zapewnienie spójności i bezpieczeństwa produktów komórkowych.

Terapie genetyczne i komórkowe mają ogromny potencjał w zakresie wspomagania wzrostu mięśni i leczenia urazów.Technologie edycji genów, takie jak CRISPR-Cas9, umożliwiają precyzyjne modyfikacje, które mogą promować hipertrofię mięśni i korygować defekty genetyczne. Badania nad komórkami macierzystymi oferują obiecujące strategie regeneracji uszkodzonej tkanki mięśniowej poprzez różnicowanie i efekty parakrynowe. Chociaż poczyniono znaczne postępy, nadal istnieją wyzwania, takie jak względy etyczne, odrzucenie immunologiczne i ograniczenia techniczne. Trwające badania i próby kliniczne nadal torują drogę do przełożenia tych terapii na bezpieczne i skuteczne metody leczenia chorób i urazów związanych z mięśniami.

Odniesienia

  1. Doudna, JA i Charpentier, E. (2014). Nowa granica inżynierii genomu z CRISPR-Cas9. Nauka, 346(6213), 1258096.
  2. Joung, JK i Sander, JD (2013). TALENs: szeroko stosowana technologia ukierunkowanej edycji genomu. Nature Reviews Biologia molekularna komórki, 14(1), 49–55.
  3. Urnov, FD i in. (2010). Edycja genomu za pomocą inżynieryjnych nukleaz cynkowo-palczastych. Natura Recenzje Genetyka, 11(9), 636–646.
  4. McPherron, AC i in. (1997). Regulacja masy mięśni szkieletowych u myszy przez nowego członka superrodziny TGF-beta. Natura, 387(6628), 83–90.
  5. Qin, L. i in. (2018). Mutacja genu miostatyny u królików wywołana systemem CRISPR/Cas9. Fizjologia i biochemia komórki, 47(4), 1668–1679.
  6. Rodgers, BD i Garikipati, DK (2008). Kliniczna, rolnicza i ewolucyjna biologia miostatyny: przegląd porównawczy. Recenzje endokrynologiczne, 29(5), 513–534.
  7. Philippou, A. i in. (2007). Rola insulinopodobnego czynnika wzrostu 1 (IGF-1) w fizjologii mięśni szkieletowych. Na żywo, 21(1), 45–54.
  8. Barton-Davis, ER i in. (1998). Wirusowa ekspresja insulinopodobnego czynnika wzrostu I blokuje związaną z wiekiem utratę funkcji mięśni szkieletowych. Materiały Narodowej Akademii Nauk, 95(26), 15603–15607.
  9. Long, C. i in. (2014). Zapobieganie dystrofii mięśniowej u myszy poprzez edycję DNA linii zarodkowej za pomocą CRISPR/Cas9. Nauka, 345(6201), 1184–1188.
  10. Wang, X. i in. (2015). Zaburzenie MSTN wywołane przez CRISPR/Cas9 i dziedziczna mutageneza u kóz powodują zwiększenie masy ciała. Raporty naukowe, 5, 13878.
  11. ClinicalTrials.gov. (2021). Szukaj: edycja genów I dystrofia mięśniowa. Pobrano z https://clinicaltrials.gov/
  12. Isasi, R. i in. (2016). Polityka edycji dopasowująca się do genomu? Nauka, 351(6271), 337–339.
  13. Fu, Y. i in. (2013). Mutageneza off-target o wysokiej częstotliwości indukowana przez nukleazy CRISPR-Cas w komórkach ludzkich. Biotechnologia przyrodnicza, 31(9), 822–826.
  14. Narodowe Akademie Nauk, Inżynierii i Medycyny. (2017). Edycja genomu ludzkiego: nauka, etyka i zarządzanie. Wydawnictwo Narodowej Akademii Prasowej.
  15. US Food and Drug Administration. (2020). Ludzka terapia genowa w przypadku zaburzeń genetycznych. Pobrano z https://www.fda.gov/
  16. Thomson, JA i in. (1998). Linie komórek macierzystych zarodka pochodzące z ludzkich blastocyst. Nauka, 282(5391), 1145–1147.
  17. Lo, B., & Parham, L. (2009). Kwestie etyczne w badaniach nad komórkami macierzystymi. Recenzje endokrynologiczne, 30(3), 204–213.
  18. Lepper, C. i in. (2011). Dorosłe komórki satelitarne i embrionalne progenitory mięśni mają odrębne wymagania genetyczne. Natura, 460(7255), 627–631.
  19. Montarras, D. i in. (2005). Bezpośrednia izolacja komórek satelitarnych w celu regeneracji mięśni szkieletowych. Nauka, 309(5743), 2064–2067.
  20. Takahashi, K., & Yamanaka, S. (2006). Indukcja pluripotentnych komórek macierzystych z hodowli fibroblastów zarodkowych i dorosłych myszy za pomocą zdefiniowanych czynników. Komórka, 126(4), 663–676.
  21. Robinton, DA i Daley, GQ (2012). Obietnica indukowanych komórek macierzystych pluripotentnych w badaniach i terapii. Natura, 481(7381), 295–305.
  22. Chargé, SB i Rudnicki, MA (2004). Komórkowa i molekularna regulacja regeneracji mięśni. Recenzje fizjologiczne, 84(1), 209–238.
  23. Darabi, R. i in. (2012). Ludzkie progenitory miogeniczne pochodzące z ES i iPS przywracają DYSTROPHIN i ​​łagodzą patologię u myszy dystroficznych. Komórka macierzysta Komórka macierzysta, 10(5), 610–619.
  24. Skuk, D., & Tremblay, JP (2011). Transplantacja komórek domięśniowych jako potencjalne leczenie miopatii: badania kliniczne i przedkliniczne. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - molekularne podłoże choroby, 1812(2), 208–217.
  25. Gnecchi, M. i in. (2008). Mechanizmy parakrynowe w sygnalizacji i terapii komórek macierzystych dorosłych. Badania cyrkulacyjne, 103(11), 1204–1219.
  26. Caplan, AI i Correa, D. (2011). MSC: Apteka dla osób z urazami. Komórka macierzysta Komórka macierzysta, 9(1), 11–15.
  27. Sacco, A. i in. (2010). Samoodnawianie i ekspansja pojedynczych przeszczepionych komórek macierzystych mięśni. Natura, 456(7221), 502–506.
  28. Kornegay, JN i in. (2012). Modele psie dystrofii mięśniowej Duchenne’a i ich zastosowanie w strategiach terapeutycznych. Genom ssaków, 23(1-2), 85–108.
  29. US National Library of Medicine. (2021). ClinicalTrials.gov. Pobrano z https://clinicaltrials.gov/
  30. Mendell, JR i in. (2020). Longitudinalny wpływ terapii genowej na dystrofię mięśniową. New England Journal of Medicine, 383(10), 927–939.
  31. Daley, GQ i Scadden, DT (2008). Perspektywy terapii opartej na komórkach macierzystych. Komórka, 132(4), 544–548.
  32. Trounson, A., & McDonald, C. (2015). Terapie komórkami macierzystymi w badaniach klinicznych: postęp i wyzwania. Komórka macierzysta Komórka macierzysta, 17(1), 11–22.
  33. Hyun, I. (2010). Bioetyka badań i terapii komórkami macierzystymi. Czasopismo Badań Klinicznych, 120(1), 71–75.
  34. International Society for Stem Cell Research. (2016). Wytyczne dotyczące badań nad komórkami macierzystymi i ich klinicznego zastosowania. Pobrano z https://www.isscr.org/
  35. Zakrzewski, W., et al. (2019). Terapie komórkami macierzystymi w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej. Komórki macierzyste międzynarodowe, 2019, 1–24.
  36. Chen, KG i in. (2014). Wyzwania i możliwości translacji terapii komórkami macierzystymi. Komórka macierzysta Komórka macierzysta, 14(6), 647–656.

← Poprzedni artykuł Następny artykuł →

Powrót na górę

Powrót do bloga