Po sikur një filxhan kafe të mund të ndihmonte në trajtimin e kancerit? Studiuesit në Institutin e Shëndetit të Texas A&M për Bioshkencë dhe Teknologji besojnë se kjo është e mundur. Duke kombinuar kafeinën me përdorimin e CRISPR-it — një mjet për redaktimin e gjeneve i njohur si clustered regularly interspaced short palindromic repeats — shkencëtarët po hapin rrugën për trajtime të reja për sëmundje afatgjata, si kanceri dhe diabeti, duke përdorur një strategji të quajtur kemogjenetikë.
Kjo punë është botuar në revistën Chemical Science.
Yubin Zhou, profesor dhe drejtor i Qendrës për Kërkime Translacionale mbi Kancerin në Institutin e Bioshkencës dhe Teknologjisë, specializohet në përdorimin e mjeteve dhe teknologjive novatore për të studiuar mjekësinë në nivelet qelizore, epigjenetike dhe gjenetike. Gjatë karrierës së tij dhe në mbi 180 botime shkencore, ai ka kërkuar përgjigje për pyetje mjekësore duke përdorur mjete shumë të avancuara si CRISPR dhe sisteme kontrolli kemogjenetik.
Kemogjenetika i referohet aftësisë për të kontrolluar sjelljen qelizore duke përdorur molekula të vogla të aplikuara nga jashtë — shpesh barna ose përbërës dietikë — që aktivizojnë “çelësa” të inxhinieruar gjenetikisht brenda qelizave. Ndryshe nga barnat tradicionale që ndikojnë gjerësisht në shumë inde, qasjet kemogjenetike janë projektuar të veprojnë vetëm mbi qelizat që janë programuar gjenetikisht për t’iu përgjigjur.
Redaktimi i gjeneve me një shtysë
Hulumtimi më i ri i Zhou-t ndërtohet mbi njohuritë ekzistuese për “çelësat” gjenetikë brenda qelizave duke prezantuar një qasje të re kemogjenetike që përdor CRISPR-in dhe kafeinën. Procesi fillon me përgatitjen paraprake të qelizave. Gjenet që kodojnë nanotrupin (nanobody), proteinën e tij përkatëse të synuar dhe makinerinë CRISPR dërgohen përmes metodave të njohura të transferimit të gjeneve, duke u mundësuar qelizave t’i prodhojnë vetë këta përbërës.
Pasi ky kuadër molekular të jetë vendosur, procesi mund të kontrollohet nga jashtë. Kur një person konsumon më pas një dozë prej 20 mg kafeinë — për shembull nga kafeja, çokollata ose një pije e gazuar — ajo nxit lidhjen mes një nanotrupi dhe proteinës së tij përkatëse, duke aktivizuar kështu modifikimet gjenetike të drejtuara nga CRISPR brenda qelizave.
Kjo metodë u lejon gjithashtu shkencëtarëve të aktivizojnë qelizat T, diçka që nuk është e mundur me metoda të tjera të redaktimit gjenetik. Qelizat T shërbejnë si banka e kujtesës së trupit për infeksionet e kaluara, duke ruajtur “planet” që ndihmojnë në luftimin e kërcënimeve të ardhshme. Aftësia për t’i aktivizuar këto qeliza në mënyrë të kontrolluar mund t’u japë studiuesve një mënyrë të re për të drejtuar sistemin imunitar kundër sëmundjeve specifike.
Për më tepër, ekipi zbuloi se disa barna mund ta përmbysin procesin duke shkaktuar ndarjen e proteinave, duke ndaluar ndryshimet e mëtejshme gjenetike dhe duke ofruar edhe më shumë kontroll mbi mënyrën se si përdoret sistemi — një veçori e rëndësishme për terapi kemogjenetike të sigurta dhe të kthyeshme. Për shembull, në një mjedis terapeutik, mjekët mund të ndalonin përkohësisht aktivitetin e modifikimit gjenetik për t’u dhënë pacientëve një pushim nga stresi ose efektet anësore të trajtimit, dhe më pas ta riaktivizonin sistemin kur kushtet janë optimale — duke lejuar që kontrolli gjenetik të rregullohet me kalimin e kohës, në vend që të mbetet i aktivizuar përgjithmonë.
“Ju mund t’i inxhinieroni këto molekula të ngjashme me antitrupat që të funksionojnë me sisteme të induktuara nga rapamicina, kështu që duke shtuar një bar tjetër si rapamicina, mund të arrini efektin e kundërt,” tha Zhou. “Për shembull, nëse fillimisht proteinat A dhe B janë të ndara, shtimi i kafeinës i bashkon ato; përkundrazi, nëse proteinat A dhe B fillojnë të bashkuara, shtimi i një bari si rapamicina mund të shkaktojë ndarjen e tyre.”
Rapamicina është një bar imunosupresiv gjerësisht i disponueshëm, tradicionalisht i përdorur për të parandaluar refuzimin e organeve pas transplantit. Ky bar vepron duke bllokuar qelizat e bardha të gjakut që të sulmojnë elementet e huaja në trup. Përballueshmëria dhe disponueshmëria e tij e bëjnë atë një kandidat ideal për aplikime të tilla.
Mundësi që ziejnë për të ardhmen
Kur një proteinë nanotrupi e inxhinieruar mund të aktivizohet nga kafeina, ajo quhet “caffebody”. Duke shfrytëzuar fuqinë e këtyre caffebodies, Zhou thotë se shkencëtarët një ditë mund të jenë në gjendje të trajtojnë një sërë sëmundjesh. Në planin afatgjatë, ai beson se mund të jetë e mundur të inxhinierohen qeliza që u lejojnë njerëzve me diabet të rrisin prodhimin e insulinës thjesht duke pirë një filxhan kafe.
Përtej insulinës, kjo teknologji mund të përshtatet për të kontrolluar molekula të tjera të rëndësishme, si ato që fuqizojnë qelizat T. Në terapinë kundër kancerit, për shembull, caffebodies mund të ndërtohen brenda qelizave T për t’u dhënë mjekëve kontroll kemogjenetik mbi kohën, vendin dhe intensitetin me të cilin sistemi imunitar sulmon tumoret.
Në studimet laboratorike me modele shtazore, Zhou dhe ekipi i tij kanë zbuluar se kafeina, si edhe metabolitët e saj — si teobromina, e cila gjendet me bollëk në çokollatë ose kakao — mund të nxisin përgjigjen dhe të lejojnë redaktimin me CRISPR. Kjo formë trajtimi është më e aksesueshme, më e lehtë për t’u kontrolluar dhe ka më pak efekte anësore sesa trajtimet e tjera, sipas tij.
Ndërsa teknika të ngjashme aktivizimi janë vëzhguar edhe më parë, kjo qasje ofron shumë më tepër kontroll për hapjen dhe mbylljen e qarkut. Kur futet kafeina, ekipi ka disa orë — ose kohëzgjatjen e metabolizmit të kafeinës — për të kontrolluar proceset fiziologjike ose redaktimin gjenetik të përfshirë. Më pas, rapamicina mund të administrohet si një sinjal ndalimi, duke nxitur ndarjen e proteinave dhe duke e përfunduar procesin. Pak qasje ekzistuese ofrojnë këtë nivel kontrolli të koordinuar të nisjes dhe ndalimit, duke e bërë metodën veçanërisht të saktë dhe të përshtatshme si për kërkime ashtu edhe për aplikime terapeutike.
“Është mjaft modulare,” tha Zhou. “Mund ta integroni në CRISPR dhe në qelizat T me receptorë antigjenikë kimerikë (CAR-T), dhe gjithashtu, nëse dëshironi të nxisni shprehjen e ndonjë gjeni terapeutik si insulina apo gjëra të tjera, dhe e gjithë kjo është plotësisht e rregullueshme në një mënyrë shumë të kontrolluar dhe precize.”
Zhou dhe ekipi i tij shpresojnë ta çojnë këtë punë drejt studimeve të mëtejshme paraklinike dhe të eksplorojnë më shumë mënyra për të përdorur caffebodies dhe CRISPR-in në trajtimin e një game të gjerë gjendjesh mjekësore, duke i afruar edhe më shumë molekulat e përditshme me mjetet e mjekësisë precize.
“Ajo që na emocionon është ideja e ripërdorimit të barnave të njohura mirë dhe madje edhe përbërësve ushqimorë të zakonshëm si kafeina për të bërë gjëra krejtësisht të reja,” tha Zhou.
“Në vend që të veprojnë si terapi në vetvete, molekula si kafeina ose rapamicina mund të shërbejnë si sinjale kontrolli shumë të sakta për terapi të sofistikuara qelizore dhe gjenetike. Meqë këto përbërje tashmë janë mirë të studiuara, kjo qasje hap një rrugë praktike drejt zbatimit klinik. Shpresa jonë është që një ditë, mjekët të mund të përdorin inpute të thjeshta dhe të njohura për të rregulluar me imtësi terapi të fuqishme në një mënyrë të sigurt dhe të kthyeshme.”
