Разработанные учеными системы доставки генетического материала — значительный шаг к генной терапии мозга, которая сможет безопасно и с высокой точностью исправлять ошибочную мозговую активность. Работа опубликована в журнале Neuron.
ИИ нацеливает генетические векторы точно на клетки мозга
Исследовательская группа при поддержке Национального института здоровья (NIH), разработала универсальный набор систем доставки генов, которые могут с исключительной точностью достигать различных типов нейронных клеток в головном и спинном мозге человека.
Системы доставки генетического материала были протестированы в живых системах, что является важным шагом для внедрения инструментов в широкое использование. Neuroscience News
Новые методы доставки генетического материала в клетки мозга могут радикально снизить стоимость генной терапии и сделать ее более доступной.
Новый метод предоставляет исследователям системы доставки генов для различных видов животных, используемых в исследованиях. Сегодня создание генетически модифицированных или трансгенных животных — это долгий и дорогостоящий процесс. В качестве примера можно привести подсветку тонких структур клеток мозга с помощью флуоресцентных белков, или активацию-подавление нейронных цепей, контролирующих поведение и познание.
«Грузовик» с генами
(A) Схема, иллюстрирующая идентификацию и тестирование клеточно-специфических ДНК-фрагментов усилителей (энхансеров) в конструкциях рекомбинантного аденоассоциированного вируса (rAAV). (B и C) Равномерная аппроксимация и проекции (UMAPs) одноклеточных данных ATAC-seq из коры головного мозга мыши (B) и стриатума (C). (D) Схема доступности хроматина для 7 лучших энхансеров, визуализированная в виде нормализованных треков браузера генома, представляющих агрегированные сигналы клеток из разных типов клеток.
«Представьте себе эту новую платформу как грузовик, доставляющий специализированные генетические пакеты в определенные клеточные районы головного и спинного мозга», — говорит нейробиолог Джон Нгай, директор программы The BRAIN Initiative. — «Благодаря таким системам доставки мы теперь можем получать доступ к определенным клеткам головного и спинного мозга и манипулировать ими — доступ, который ранее был невозможен в таких масштабах».
Новые инструменты, в которых для доставки ДНК в клетки-мишени используется небольшой рекомбинантный аденоассоциированный вирус (rAAV), могут широко применяться во многих экспериментальных системах, включая небольшие образцы тканей, извлекаемые во время операций на головном мозге человека.
Системы доставки были протестированы на целых живых системах, что является важным шагом на пути внедрения новых инструментов для широкого использования.
Набор инструментов включает в себя десятки систем доставки, которые избирательно воздействуют на ключевые типы клеток мозга, включая возбуждающие нейроны, тормозные интернейроны, клетки кровеносных сосудов мозга и труднодоступные нейроны спинного мозга, которые контролируют движение тела и повреждаются при нескольких неврологических заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) и спинальная мышечная атрофия.
Ученые разработали компьютерные программы на основе ИИ-модели. ИИ способен вычислять генетические усилители (энхансеры), которые включают гены в определенных типах клеток мозга.
Очень важно, что этот инструментарий обеспечивает доступ к нейронам префронтальной коры — области, которая имеет решающее значение для принятия решений и уникальных человеческих черт.
Генетическая помощь для каждого нуждающегося
Изображение более 1000 клеток мозга из тех, что были реконструированы на основе анализа кубического миллиметра ткани мозга мыши.
Используя инструменты из этой коллекции, ученые смогут лучше изучить отдельные клетки и коммуникационные пути, которые поражаются при ряде неврологических заболеваний. К ним относятся судорожные расстройства, боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и болезнь Гентингтона, а также различные нейропсихиатрические заболевания.
Методы лечения на основе rAAV уже одобрены для некоторых заболеваний, таких как спинальная мышечная атрофия, для лечения которой в 2016 году был одобрен препарат генной терапии под названием Zolgensma, что изменило жизнь младенцев и маленьких детей, которые когда-то сталкивались с тяжелой инвалидностью или ранней смертью. Но Zolgensma, который показал свою эффективность, стоит очень дорого: лечение состоит из одной инъекции стоимостью 2,1 миллиона долларов. Такое лечение может себе позволить далеко не каждый нуждающийся в нем.
Новые методы могут снизить стоимость генной терапии. Методы могут сработать подобно Zolgensma, а в перспективе — даже лучше. Они основаны на той же платформе (rAAV-векторы), но используют ИИ. Это позволяет добиться высокой клеточной специфичности, что открывает путь к более точной и персонализированной генной терапии для различных заболеваний головного и спинного мозга, включая, спинальную мышечную атрофию.
Новая коллекция ресурсов по доставке генов закладывает основу для точных методов лечения, нацеленных только на пораженные клетки головного мозга, спинного мозга или кровеносных сосудов головного мозга.