Genetic and Cellular Therapies

การบำบัดทางพันธุกรรมและเซลล์

ความก้าวหน้าในการบำบัดทางพันธุกรรมและเซลล์ได้เปิดขอบเขตใหม่ในวงการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาการเสริมสร้างการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อและการซ่อมแซมอาการบาดเจ็บ เทคโนโลยีการตัดแต่งยีน เช่น CRISPR-Cas9 ได้ปฏิวัติความสามารถของเราในการดัดแปลงสารพันธุกรรมด้วยความแม่นยำที่ไม่เคยมีมาก่อน ในเวลาเดียวกัน การวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดยังเสนอแนวทางที่มีแนวโน้มดีสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อที่เสียหายขึ้นใหม่และรักษาโรคเสื่อม บทความนี้จะเจาะลึกถึงศักยภาพของการตัดแต่งยีนเพื่อเสริมสร้างการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อ และสำรวจการประยุกต์ใช้การวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดในการซ่อมแซมอาการบาดเจ็บ โดยให้ภาพรวมที่ครอบคลุมซึ่งได้รับการสนับสนุนจากการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ล่าสุด

การตัดแต่งยีน: ศักยภาพในการเพิ่มการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อ

ภาพรวมของเทคโนโลยีการตัดแต่งยีน

CRISPR-Cas9

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-Cas9 เป็นเครื่องมือแก้ไขยีนที่ปฏิวัติวงการซึ่งช่วยให้สามารถแก้ไขลำดับ DNA ได้อย่างแม่นยำ มีประสิทธิภาพ และคุ้มต้นทุน CRISPR-Cas9 มีต้นกำเนิดจากกลไกการป้องกันของแบคทีเรีย โดยใช้ RNA นำทางเพื่อชี้นำเอนไซม์ Cas9 ไปยังลำดับ DNA เฉพาะ โดยเอนไซม์จะสร้างการแตกหักของสายคู่ ทำให้สามารถแก้ไขยีนได้

TALEN และ ZFN

  • นิวคลีเอสเอฟเฟกเตอร์คล้ายตัวกระตุ้นการถอดรหัส (TALEN):นี่คือโปรตีนที่ถูกออกแบบขึ้นเพื่อกำหนดเป้าหมายไปที่ลำดับ DNA ที่เฉพาะเจาะจง
  • ซิงค์ฟิงเกอร์นิวคลีเอส (ZFNs):นี่คือโปรตีนสังเคราะห์ที่รวมโดเมนที่จับ DNA แบบซิงค์ฟิงเกอร์กับโดเมนที่แยก DNA

แม้ว่า TALEN และ ZFN จะมีมาก่อน CRISPR-Cas9 แต่ก็มีความซับซ้อนและมีประสิทธิภาพน้อยกว่า ทำให้ CRISPR กลายเป็นเครื่องมือที่ต้องการในการวิจัยปัจจุบัน

กลไกการเสริมสร้างการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อผ่านการตัดแต่งยีน

การยับยั้งยีนไมโอสแตติน

ไมโอสแตตินเป็นโปรตีนที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อ การกลายพันธุ์ใน เอ็มเอสทีเอ็น ยีนที่เข้ารหัสไมโอสแตตินทำให้มวลกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้น การตัดแต่งยีนสามารถใช้เพื่อทำลายยีน MSTN ลดระดับไมโอสแตตินและส่งเสริมการสร้างกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้น

  • การศึกษาด้านสัตว์:การหยุดชะงักของ MSTN ในหนูที่เกิดจาก CRISPR-Cas9 ส่งผลให้กล้ามเนื้อเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ
  • แอปพลิเคชั่น:การรักษาที่มีศักยภาพสำหรับโรคที่ทำให้กล้ามเนื้อเสื่อม เช่น โรคกล้ามเนื้อเสื่อม

การเสริมประสิทธิภาพยีน IGF-1

อินซูลินไลค์โกรทแฟกเตอร์ 1 (IGF-1) มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและฟื้นฟูกล้ามเนื้อ การเพิ่มการแสดงออกของ IGF-1 ผ่านการตัดแต่งยีนสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมกล้ามเนื้อได้

  • ผลการวิจัยการแสดงออกของ IGF-1 มากเกินไปในสัตว์ทดลองแสดงให้เห็นถึงมวลกล้ามเนื้อและความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้น
  • ศักยภาพในการบำบัดรักษา:อาจช่วยในการฟื้นตัวจากอาการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อและป้องกันการสูญเสียกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับอายุ

ผลการวิจัยและการค้นพบในปัจจุบัน

การศึกษาด้านสัตว์

  • โรคกล้ามเนื้อเสื่อมแบบดูเชนน์ (DMD):CRISPR-Cas9 ถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไขการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิด DMD ในหนู ฟื้นฟูการแสดงออกของ dystrophin และปรับปรุงการทำงานของกล้ามเนื้อ
  • การปรับปรุงปศุสัตว์:การตัดแต่งยีนทำให้วัวและหมูมีมวลกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้นโดยการทำลายยีน MSTN

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ในมนุษย์

  • การทดลองยีนบำบัดการทดลองทางคลินิกในระยะเริ่มต้นกำลังสำรวจความปลอดภัยและประสิทธิภาพของการตัดแต่งยีนในการรักษาโรคกล้ามเนื้อที่เกิดจากพันธุกรรม
  • การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน:ความกังวลด้านจริยธรรมเกิดขึ้นเกี่ยวกับการใช้การตัดแต่งยีนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเล่นกีฬา

การพิจารณาทางจริยธรรมและกรอบการกำกับดูแล

  • ผลกระทบนอกเป้าหมายการดัดแปลงพันธุกรรมที่ไม่ได้ตั้งใจอาจมีผลเสียหายตามมา
  • การแก้ไขสายพันธุ์:การเปลี่ยนแปลงในเซลล์เชื้อพันธุ์สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้ ซึ่งทำให้เกิดปัญหาทางจริยธรรม
  • กฎระเบียบ:หน่วยงานต่างๆ เช่น FDA และ EMA ควบคุมดูแลการบำบัดด้วยการตัดแต่งยีน โดยเน้นย้ำถึงความปลอดภัยและการปฏิบัติตามหลักจริยธรรม

การวิจัยเซลล์ต้นกำเนิด: การประยุกต์ใช้ในการซ่อมแซมการบาดเจ็บ

ชนิดของเซลล์ต้นกำเนิดที่ใช้ในการซ่อมแซมกล้ามเนื้อ

เซลล์ต้นกำเนิดของตัวอ่อน (ESCs)

  • ลักษณะเฉพาะ:เซลล์ที่มีศักยภาพในการแบ่งตัวได้หลายอย่าง (Pluripotent cells) ที่สามารถแบ่งตัวไปเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้
  • แอปพลิเคชั่น:มีศักยภาพในการสร้างเซลล์กล้ามเนื้อ แต่ประเด็นทางจริยธรรมมีข้อจำกัดในการใช้งาน

เซลล์ต้นกำเนิดของผู้ใหญ่ (เซลล์ดาวเทียม)

  • ลักษณะเฉพาะ:เซลล์ต้นกำเนิดเฉพาะกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและการซ่อมแซม
  • แอปพลิเคชั่น:สามารถแยกและขยายพันธุ์เพื่อการปลูกถ่ายตนเองได้

เซลล์ต้นกำเนิดพลูริโพเทนต์ที่ถูกเหนี่ยวนำ (iPSCs)

  1. ลักษณะเฉพาะ:เซลล์ร่างกายได้รับการตั้งโปรแกรมใหม่ให้ไปอยู่ในสถานะ pluripotent
  2. ข้อดี:หลีกเลี่ยงปัญหาทางจริยธรรมที่เกี่ยวข้องกับ ESC และลดการปฏิเสธภูมิคุ้มกัน

กลไกการบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิดในการซ่อมแซมอาการบาดเจ็บของกล้ามเนื้อ

การแบ่งตัวเป็นเซลล์กล้ามเนื้อ

เซลล์ต้นกำเนิดสามารถแบ่งตัวเป็นไมโอบลาสต์ ซึ่งจะรวมตัวกันเพื่อสร้างเส้นใยกล้ามเนื้อใหม่

  • กระบวนการ:เซลล์ต้นกำเนิดถูกกระตุ้นให้แสดงยีนเฉพาะของกล้ามเนื้อ
  • ผลลัพธ์:ฟื้นฟูเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อที่เสียหาย ฟื้นฟูการทำงาน

ผลกระทบจากพาราไครน์

เซลล์ต้นกำเนิดหลั่งปัจจัยการเจริญเติบโตและไซโตไคน์ที่ส่งเสริมการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ

  • ประโยชน์: เสริมสร้างการสร้างหลอดเลือดใหม่ ลดการอักเสบ และกระตุ้นเซลล์ที่อยู่ภายใน

การทดลองทางคลินิกและการวิจัยปัจจุบัน

การศึกษาก่อนทางคลินิก

  • แบบจำลองสัตว์ฟันแทะ:การปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิดช่วยเพิ่มการสร้างใหม่และความแข็งแรงของกล้ามเนื้อในหนู
  • สัตว์ขนาดใหญ่:การศึกษาในสุนัขที่เป็นโรคกล้ามเนื้อเสื่อมแสดงให้เห็นว่าการทำงานของกล้ามเนื้อได้ฟื้นฟู

การทดลองทางคลินิกในมนุษย์

  • การทดลองอย่างต่อเนื่อง:การศึกษาความปลอดภัยและประสิทธิผลของการบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิดในภาวะต่างๆ เช่น DMD และโรคแขนขาขาดเลือด
  • ผลเบื้องต้น:การทดลองบางกรณีรายงานว่าการทำงานของกล้ามเนื้อดีขึ้นและการดำเนินของโรคลดลง

ความท้าทายและทิศทางในอนาคต

การปฏิเสธภูมิคุ้มกัน

  • การปลูกถ่ายอวัยวะเทียม:ความเสี่ยงต่อการตอบสนองภูมิคุ้มกันต่อเซลล์ผู้บริจาค
  • โซลูชั่น: การใช้เซลล์ของตัวเองหรือการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกัน

ประเด็นด้านจริยธรรม

  • ESC ย่อมาจาก ESC:ความกังวลเกี่ยวกับการใช้เนื้อเยื่อตัวอ่อน
  • การกำกับดูแลด้านกฎระเบียบ:การวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดมีแนวทางที่เข้มงวด

การขยายขนาดการผลิต

  • การผลิต:ความท้าทายในการผลิตเซลล์ต้นกำเนิดปริมาณมาก
  • การควบคุมคุณภาพ:การรับประกันความสม่ำเสมอและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์เซลล์

การบำบัดทางพันธุกรรมและเซลล์มีศักยภาพมหาศาลในการเสริมการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อและซ่อมแซมอาการบาดเจ็บเทคโนโลยีการตัดแต่งยีน เช่น CRISPR-Cas9 ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างแม่นยำ ซึ่งสามารถส่งเสริมการเติบโตของกล้ามเนื้อและแก้ไขข้อบกพร่องทางพันธุกรรมได้ การวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดนำเสนอแนวทางที่มีแนวโน้มดีสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อที่เสียหายขึ้นใหม่ผ่านกระบวนการแยกความแตกต่างและผลพาราไครน์ แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าอย่างมาก แต่ความท้าทาย เช่น การพิจารณาทางจริยธรรม การต่อต้านภูมิคุ้มกัน และข้อจำกัดทางเทคนิคยังคงอยู่ การวิจัยและการทดลองทางคลินิกอย่างต่อเนื่องยังคงปูทางไปสู่การแปลวิธีการรักษาเหล่านี้ให้เป็นการรักษาที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสำหรับโรคและอาการบาดเจ็บที่เกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อ

อ้างอิง

  1. Doudna, JA และ Charpentier, E. (2014) ขอบเขตใหม่ของวิศวกรรมจีโนมด้วย CRISPR-Cas9 ศาสตร์, 346(6213), 1258096.
  2. Joung, JK และ Sander, JD (2013) TALENs: เทคโนโลยีที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการตัดแต่งจีโนมแบบกำหนดเป้าหมาย บทวิจารณ์ทางธรรมชาติ ชีววิทยาเซลล์โมเลกุล, 14(1), 49–55.
  3. Urnov, FD และคณะ (2010) การตัดแต่งจีโนมด้วยซิงค์ฟิงเกอร์นิวคลีเอสที่ออกแบบทางวิศวกรรม ธรรมชาติทบทวนพันธุศาสตร์, 11(9), 636–646.
  4. McPherron, AC และคณะ (1997) การควบคุมมวลกล้ามเนื้อโครงร่างในหนูโดยสมาชิกซูเปอร์แฟมิลี TGF-beta ใหม่ ธรรมชาติ, 387(6628), 83–90.
  5. Qin, L. และคณะ (2018) ระบบ CRISPR/Cas9 ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ของยีนไมโอสแตตินในกระต่าย สรีรวิทยาเซลล์และชีวเคมี, 47(4), 1668–1679.
  6. Rodgers, BD และ Garikipati, DK (2008) ชีววิทยาทางคลินิก เกษตรกรรม และวิวัฒนาการของไมโอสแตติน: การทบทวนเชิงเปรียบเทียบ รีวิวเกี่ยวกับต่อมไร้ท่อ, 29(5), 513–534.
  7. Philippou, A. และคณะ (2007) บทบาทของอินซูลินไลค์โกรทแฟกเตอร์ 1 (IGF-1) ในสรีรวิทยาของกล้ามเนื้อโครงร่าง ในร่างกาย, 21(1), 45–54.
  8. Barton-Davis, ER และคณะ (1998) การแสดงออกของอินซูลินไลค์โกรทแฟกเตอร์ I ที่ควบคุมโดยไวรัสจะขัดขวางการสูญเสียการทำงานของกล้ามเนื้อโครงร่างที่เกี่ยวข้องกับวัย การดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ, 95(26), 15603–15607.
  9. Long, C. และคณะ (2014) การป้องกันโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงในหนูโดยการตัดแต่ง DNA ของเซลล์สืบพันธุ์โดยใช้ CRISPR/Cas9 ศาสตร์, 345(6201), 1184–1188.
  10. Wang, X. และคณะ (2015) การหยุดชะงักของ MSTN ที่เกิดจาก CRISPR/Cas9 และการกลายพันธุ์ที่ถ่ายทอดได้ในแพะทำให้มวลร่างกายเพิ่มขึ้น รายงานทางวิทยาศาสตร์, 5, 13878.
  11. ClinicalTrials.gov. (2021). ค้นหา: การตัดต่อยีนและโรคกล้ามเนื้อเสื่อม ดึงข้อมูลจาก https://clinicaltrials.gov/
  12. Isasi, R. และคณะ (2016) นโยบายการแก้ไขเพื่อให้พอดีกับจีโนม? ศาสตร์, 351(6271), 337–339.
  13. Fu, Y. และคณะ (2013) การกลายพันธุ์นอกเป้าหมายความถี่สูงที่เหนี่ยวนำโดยนิวคลีเอส CRISPR-Cas ในเซลล์มนุษย์ เทคโนโลยีชีวภาพธรรมชาติ, 31(9), 822–826.
  14. สถาบันวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และการแพทย์แห่งชาติ (2017). การตัดแต่งจีโนมของมนุษย์: วิทยาศาสตร์ จริยธรรม และการกำกับดูแล. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยแห่งชาติ
  15. สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา (2020). การบำบัดด้วยยีนของมนุษย์สำหรับความผิดปกติทางพันธุกรรม สืบค้นจาก https://www.fda.gov/
  16. Thomson, JA และคณะ (1998). เซลล์ต้นกำเนิดของตัวอ่อนที่ได้จากระยะบลาสโตซิสต์ของมนุษย์ ศาสตร์, 282(5391), 1145–1147.
  17. Lo, B. และ Parham, L. (2009). ประเด็นทางจริยธรรมในการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิด รีวิวเกี่ยวกับต่อมไร้ท่อ, 30(3), 204–213.
  18. Lepper, C. และคณะ (2011) เซลล์ดาวเทียมของผู้ใหญ่และเซลล์ตั้งต้นของกล้ามเนื้อของตัวอ่อนมีความต้องการทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน ธรรมชาติ, 460(7255), 627–631.
  19. Montarras, D. และคณะ (2005). การแยกเซลล์ดาวเทียมโดยตรงเพื่อการฟื้นฟูกล้ามเนื้อโครงร่าง ศาสตร์, 309(5743), 2064–2067.
  20. Takahashi, K. และ Yamanaka, S. (2006). การเหนี่ยวนำเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent จากวัฒนธรรมไฟโบรบลาสต์ของตัวอ่อนและตัวเต็มวัยของหนูโดยใช้ปัจจัยที่กำหนด เซลล์, 126(4), 663–676.
  21. Robinton, DA และ Daley, GQ (2012) ความหวังของเซลล์ต้นกำเนิดพหุศักยภาพที่เหนี่ยวนำในการวิจัยและการบำบัด ธรรมชาติ, 481(7381), 295–305.
  22. Chargé, SB และ Rudnicki, MA (2004) การควบคุมการสร้างกล้ามเนื้อใหม่ในระดับเซลล์และโมเลกุล บทวิจารณ์ทางสรีรวิทยา, 84(1), 209–238.
  23. Darabi, R. และคณะ (2012) เซลล์ต้นกำเนิดกล้ามเนื้อที่ได้จาก ES และ iPS ของมนุษย์ช่วยฟื้นฟู DYSTROPHIN และปรับปรุงพยาธิสภาพในหนูที่เป็นโรค dystrophic เซลล์ เซลล์ต้นกำเนิด, 10(5), 610–619.
  24. Skuk, D. และ Tremblay, JP (2011) การปลูกถ่ายเซลล์เข้ากล้ามเนื้อเป็นแนวทางการรักษาโรคกล้ามเนื้อเสื่อมที่มีศักยภาพ: การศึกษาทางคลินิกและก่อนทางคลินิก Biochimica และ Biophysica Acta (BBA) - พื้นฐานระดับโมเลกุลของโรค, 1812(2), 208–217.
  25. Gnecchi, M. และคณะ (2008) กลไกพาราไครน์ในการส่งสัญญาณและการบำบัดเซลล์ต้นกำเนิดของผู้ใหญ่ การวิจัยการหมุนเวียน, 103(11), 1204–1219.
  26. Caplan, AI และ Correa, D. (2011). MSC: ร้านขายยาสำหรับการบาดเจ็บ เซลล์ เซลล์ต้นกำเนิด, 9(1), 11–15.
  27. Sacco, A. และคณะ (2010). การต่ออายุตัวเองและการขยายตัวของเซลล์ต้นกำเนิดของกล้ามเนื้อที่ปลูกถ่ายครั้งเดียว ธรรมชาติ, 456(7221), 502–506.
  28. Kornegay, JN และคณะ (2012) แบบจำลองสุนัขของโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงแบบ Duchenne และการใช้เป็นกลยุทธ์การรักษา จีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม, 23(1-2), 85–108.
  29. ห้องสมุดการแพทย์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2021). ClinicalTrials.gov. ดึงข้อมูลจาก https://clinicaltrials.gov/
  30. Mendell, JR และคณะ (2020) ผลในระยะยาวของยีนบำบัดต่อโรคกล้ามเนื้อเสื่อม วารสารการแพทย์นิวอิงแลนด์, 383(10), 927–939.
  31. Daley, GQ และ Scadden, DT (2008). แนวโน้มของการบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิด เซลล์, 132(4), 544–548.
  32. Trounson, A. และ McDonald, C. (2015). การบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิดในการทดลองทางคลินิก: ความก้าวหน้าและความท้าทาย เซลล์ เซลล์ต้นกำเนิด, 17(1), 11–22.
  33. ฮยุน, ไอ. (2010). จริยธรรมชีวภาพของการวิจัยและการบำบัดเซลล์ต้นกำเนิด. วารสารการวิจัยทางคลินิก, 120(1), 71–75.
  34. International Society for Stem Cell Research. (2016). แนวทางการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดและการแปลผลทางคลินิก สืบค้นจาก https://www.isscr.org/
  35. Zakrzewski, W. และคณะ (2019). การบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิดสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อและการแพทย์ฟื้นฟู สเต็มเซลล์นานาชาติ, 2019, 1–24.
  36. Chen, KG และคณะ (2014). ความท้าทายและโอกาสสำหรับการแปลความหมายของการบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิด เซลล์ เซลล์ต้นกำเนิด, 14(6), 647–656.

← บทความก่อนหน้า บทความถัดไป →

กลับสู่ด้านบน

กลับไปที่บล็อก