Úttörő áttörés történt a Down-szindróma kutatásában: japán kutatók a CRISPR-Cas9 génszerkesztési technológia segítségével sikeresen eltávolították a felesleges 21-es kromoszómát emberi sejtekből, helyreállítva azok funkcióit és ezzel egy új, oki terápiás irányt nyitottak meg a genetikai betegségek kezelésében.
- A Mie Egyetem kutatói először távolították el célzottan a Down-szindrómát okozó extra 21-es kromoszómát emberi ős- és bőrszöveti sejtekből.
- A génkorrigált sejtek normalizált génexpressziót, csökkent oxidatív stresszt és javult sejtnövekedést mutattak.
- Ez az eljárás paradigmaváltást jelent, mivel nem egyedi hibás géneket, hanem egy teljes, felesleges kromoszómát távolítottak el, megnyitva az utat a Down-szindróma és más triszómiák okainak kezelése felé.
A CRISPR forradalmasítja a Down-szindróma kezelését: a felesleges kromoszóma eltávolítása és a sejtfunkciók helyreállítása
A Down-szindróma, avagy a 21-es triszómia, az egyik leggyakoribb kromoszóma-rendellenesség, mely világszerte minden 700 újszülöttből körülbelül egyet érint. Jelenleg a betegek kezelése elsősorban a tünetek enyhítésére és a fejlesztésre irányul, mivel a probléma gyökerét, a plusz 21-es kromoszóma jelenlétét eddig nem tudták orvosolni. Ez a felesleges genetikai anyag megzavarja a sejtek működését, túlmunkára kényszeríti őket, és számos fejlődési különbséghez, valamint egészségügyi problémához vezet.
Áttörés Japánból: A felesleges kromoszóma célzott eltávolítása
Hatalmas előrelépést jelent a Down-szindróma kutatásában a japán Mie Egyetem Ryotaro Hashizume és kollégái által elért eredmény. Kutatásuk során a CRISPR-Cas9 génszerkesztési technológiát alkalmazva, először sikerült célzottan eltávolítani a Down-szindrómát okozó felesleges 21-es kromoszómát emberi sejtekből. Fontos megjegyezni, hogy az eljárás során csak a harmadik, extra kromoszómát eliminálták, a két funkcionális másolat érintetlen maradt. A beavatkozást sikeresen alkalmazták őssejteken és már differenciált bőrszöveti sejteken is.
Hogyan működik a CRISPR és miért kulcsfontosságú ez az eljárás?
A CRISPR-Cas9 egy rendkívül sokoldalú génszerkesztő rendszer, amely egy enzimre támaszkodik, hogy specifikus DNS-szekvenciákat felismerjen és elvágjon. A kutatók gondosan megtervezett „vezető molekulákat” használnak, amelyek kizárólag a nem kívánt kromoszómát célozzák meg. Ezt a trükköt allél-specifikus szerkesztésnek nevezik, és ez segít az enzimnek, hogy pontosan a megfelelő helyen végezze el a vágást.
A „Trisomic rescue via allele-specific multiple chromosome cleavage using CRISPR-Cas9 in trisomy 21 cells” című tanulmány részletezte, hogy az extra kromoszóma eltávolítása gyakran normalizálta a génexpressziót a laboratóriumban növesztett sejtekben.
Látványos eredmények sejtszinten: a funkciók helyreállítása
A genetikai korrekción átesett sejtekben egyértelműen láthatóak voltak a pozitív változások. A kutatók a következőket figyelték meg:
- Normalizált génexpresszió: A kezelt sejtek visszatértek a tipikus fehérjetermelési mintákhoz, jelezve a génműködés helyreállását.
- Csökkent oxidatív stressz: A sejtek kevesebb káros reaktív oxigénfajtát termeltek, ami a javult mitokondriális működésre és általános sejt-egészségre utal.
- Javult sejtnövekedés: A korrigált sejtek gyorsabban növekedtek és rövidebb duplázódási időt mutattak, ami azt sugallja, hogy a felesleges genetikai terhelés csökkentése enyhítette a sejtekre nehezedő biológiai stresszt.
- Potenciál az idegrendszerre: A további vizsgálatok kimutatták, hogy az idegrendszer fejlődéséhez kapcsolódó gének aktívabbá váltak, míg az anyagcseréhez kapcsolódó gének aktivitása csökkent. Ez a génexpressziós változás magyarázhatja, hogyan befolyásolja a kromoszomális egyensúly helyreállítása a sejtek általános viselkedését, és alátámasztja azokat a korábbi eredményeket, melyek szerint a 21-es kromoszóma extra másolatai megzavarják az agy fejlődését a korai magzati korban.
Ezek az eredmények egyértelműen bizonyítják a funkcionális helyreállítást sejtszinten.
Paradigmaváltás a génszerkesztés történetében
Ez a beavatkozás paradigmaváltást jelent a génszerkesztés területén. Ahelyett, hogy egyedi, hibás géneket javítanának ki, most először sikerült egy teljes, felesleges kromoszómát célzottan eltávolítani. Ez egy technológiai mérföldkő, amely a Down-szindróma és más genetikai betegségek, például a triszómiák oki kezelésének lehetőségét hozza karnyújtásnyi távolságba.
A megközelítés nem csupán elméletben működik, hanem konkrét, egészségügyi szempontból releváns javulást is eredményezett a kezelt sejtekben.
Potenciál és kihívások: Út a klinikai alkalmazás felé
Fontos kiemelni, hogy a technika még messze van a klinikai alkalmazástól, így a mindennapi orvosi gyakorlatban egyelőre nem jelenik meg. A tudósok azonban már vizsgálják, hogy hasonló szerkesztéseket lehet-e végezni az agyat és más szöveteket alkotó sejtekben, beleértve azokat a nem osztódó sejteket is, amelyek a test számos részén érett állapotban vannak.
A kutatók a kihívásokkal is szembesülnek. A CRISPR-vágások befolyásolhatják az egészséges kromoszómákat is. Ezt a problémát a vezető molekulák finomításával próbálják orvosolni, hogy azok kizárólag a felesleges 21-es kromoszómára tapadjanak. Emellett vizsgálják, hogyan akadályozhatják meg a sejtek saját javítórendszereit abban, hogy visszafordítsák vagy elrontsák a kívánt módosításokat. További munkával a módszer biztonságosabbá és hatékonyabbá válhat sokféle szövet esetében.
Ez az orvosi előrelépés óriási lehetőségeket rejt magában, ugyanakkor új etikai kérdéseket is felvet a genetikai jellemzők célzott megváltoztatásával kapcsolatban, megkövetelve a társadalmi és etikai reflexió új formáit.
A jövő ígérete és a további kutatások iránya
Amennyiben a kutatók további vizsgálatokkal megerősítik ezeket a korai eredményeket, elképzelhető, hogy egy napon olyan terápiákat dolgoznak ki, amelyek a genetikai túlterhelést a forrásánál szüntetik meg. Ez a megközelítés alkalmazható lehet laboratóriumban növesztett szövetekre vagy regeneratív kezelésekre szánt őssejtekre.
A projekt rávilágít arra, hogy a CRISPR képes egy teljes kromoszóma eltávolítására, nem csak apró javításokra. Ez hatalmas ugrás abban, amit a génszerkesztés elérhet. A kutatók valószínűleg folytatják a széles körű DNS-változások kockázatainak elemzését, valamint ellenőrzik, hogyan viselkednek ezek a módosított sejtek hosszabb távon, és vajon egészségesek maradnak-e valós környezetben.
A tanulmány a PNAS Nexus tudományos folyóiratban jelent meg.