Възможно ли е нещо толкова обичайно като сутрешната чаша кафе да играе ключова роля в лечението на рак. Учените от Института по бионауки и технологии към Тексаския университет A&M вярват, че това е напълно постижимо. Техните изследвания съчетават кофеина с революционния инструмент за редактиране на гени CRISPR, за да изследват нови начини за лечение на хронични заболявания като рак и диабет. Този иновативен подход се основава на стратегия, наречена хемогенетика, която позволява на изследователите да контролират поведението на клетките чрез специфични химически сигнали от външната среда.
Юбин Джоу, който е професор и директор на Центъра за транслационни изследвания на рака, е посветил кариерата си на изучаването на болестите на клетъчно, генетично и епигенетично ниво. Чрез използването на напреднали технологии неговият екип се стреми да разбере по-добре и потенциално да лекува сложни заболявания. Хемогенетиката сама по себе си включва насочване на клетъчното поведение чрез малки външни молекули, често лекарства или диетични съединения, които активират специално разработени превключватели вътре в целевите клетки. За разлика от конвенционалните лекарства, които могат да засегнат много тъкани в тялото и да предизвикат нежелани странични ефекти, този метод е проектиран да работи само в клетки, които са били предварително програмирани да реагират на конкретния стимул.
Механизъм за активиране на генното редактиране чрез кофеин
Последната работа на професор Джоу надгражда по-ранни открития за генетичните превключватели в клетките. Неговият екип е разработил нова хемогенетична система, която свързва CRISPR с кофеина, за да контролира точно кога се случва редактирането на гените. Процесът започва с предварителна подготовка на клетките чрез установени техники за генен трансфер. Изследователите вкарват гени, които произвеждат три ключови компонента: нанотяло, съответстващ му целев протеин и самия механизъм на CRISPR. След като попаднат в клетката, тези компоненти се произвеждат по естествен път, но остават в пасивно състояние.
Системата се активира отвън, когато човек консумира около 20 милиграма кофеин, което се равнява на количеството в малка чаша кафе, парче шоколад или газирана напитка. Кофеинът действа като лепило, което кара нанотялото и неговия партньорски протеин да се свържат заедно. Тази химическа реакция активира CRISPR, който след това извършва специфични модификации в клетъчната ДНК. Тази стратегия също така прави възможно активирането на Т-клетките по начин, който другите подходи за генно редактиране не предлагат. Тъй като Т-клетките действат като памет на имунната система, възможността те да бъдат включвани умишлено дава на учените мощен инструмент за насочване на имунния отговор срещу конкретни тумори.
Обратимост и прецизен контрол върху генните превключватели
Едно от най-значимите предимства на тази система е нейната обратимост. Изследователите са открили, че определени лекарства могат да спрат процеса почти моментално. Тези медикаменти карат сдвоените протеини да се разделят, което преустановява по-нататъшното редактиране на гени. Този допълнителен контрол е от решаващо значение за разработването на безопасни и регулируеми терапии. В медицинска среда лекарите биха могли временно да спрат генната активност, ако пациентът изпита стрес или странични ефекти, и след това да я рестартират, когато състоянието му се подобри.
Професор Джоу обяснява, че тези молекули могат да бъдат проектирани да работят с различни системи. Например добавянето на лекарството рапамицин може да предизвика обратния ефект на кофеина. Ако първоначално протеините са разделени, кофеинът ги събира, а ако са заедно, рапамицинът ги разделя. Рапамицинът е широко достъпен имуносупресор, който вече се използва в медицината, което го прави отличен кандидат за приложение в тази нова система. Това позволява фино регулиране на генния контрол във времето, вместо той да бъде оставен постоянно активен.
Бъдещи приложения при диабет и ракови заболявания
Когато специално разработено нанотяло реагира на кофеин, изследователите го наричат кафе-тяло или кафибоди. Тези структури биха могли да помогнат за лечението на множество заболявания в дългосрочен план. Учените предвиждат бъдеще, в което хората с диабет ще могат да увеличават производството на инсулин в телата си просто чрез изпиване на чаша кафе. Платформата не се ограничава само до инсулина, тя може да бъде адаптирана да контролира и други молекули, включително тези, които регулират Т-клетките при лечение на рак.
При онкологичните заболявания тези кафибоди могат да бъдат вградени в Т-клетките, така че лекарите да решават кога, къде и колко силно имунната система да атакува туморите. Проучванията върху лабораторни животни вече са показали, че кофеинът и неговите метаболити, като теобромина в шоколада, успешно активират CRISPR. Този подход е много по-лесен за управление и вероятно ще причинява по-малко странични ефекти от съществуващите до момента терапии. Целта на екипа е да продължи с предклиничните тестове, превръщайки познати хранителни съставки в прецизни сигнали за управление на модерната медицина.
Източник: ScienceDaily.com
