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Alternativa più sicura a terapia genica sperimentale contro infezione HIV

La tecnica indica il trattamento più sicuro e più semplice del HIV di potenziale

Gli scienziati al The Scripps Research Institute hanno scoperto un metodo sorprendente semplice e sicuro interrompere i geni specifici all'interno delle celle. Gli scienziati hanno evidenziato il potenziale medico di nuova tecnica dimostrando il suo uso come alternativa più sicura ad una terapia genica sperimentale contro infezione HIV.

“Abbiamo indicato che possiamo modificare i genoma delle celle senza le difficoltà che lungamente sono state collegate alle tecniche tradizionali di terapia genica,„ abbiamo detto Carlos senior F. Barbas III dello studio l'autore, che è il professore di Keith e di Janet Kellogg II di biologia molecolare e di chimica al The Scripps Research Institute.

La nuova tecnica, riferita nei metodi della natura il 1° luglio 2012, impiega le proteine della nucleasi (ZFN) del dito di zinco, che possono legare e tagliare il DNA alle posizioni precisamente definite nel genoma. ZFNs sta entrando in uso molto diffuso negli esperimenti scientifici e nei trattamenti potenziali di malattia, ma tipicamente è consegnato nelle celle facendo uso dei metodi potenzialmente rischiosi di terapia genica.

I ricercatori di Scripps hanno aggiunto semplicemente le proteine di ZFN direttamente alle celle in un piatto del laboratorio ed hanno trovato che le proteine hanno attraversato nelle celle ed hanno eseguito le loro funzioni di gene-taglio con alta efficienza e danno collaterale minimo.

“Questo lavoro elimina un grave ostacolo importante nell'uso efficiente delle proteine di ZFN come strumento di terapia genica in esseri umani,„ ha detto Michael K. Reddy, che sorveglia le concessioni del meccanismo della trascrizione agli istituti nazionali dell'istituto nazionale della salubrità (NIH) delle scienze mediche generali, che hanno aiutato il fondo il lavoro, con il Pioneer l'Award di NIH di un Direttore. “L'immediatezza dell'approccio del Dott. Barbas “semplicemente„ di verificare la nozione che ZFNs potrebbe possedere un'abilità cella-penetrante intrinseca è un testamento alla sua natura altamente creativa ed ulteriormente convalida la sua selezione come destinatario 2010 del Pioneer l'Award di NIH di un Direttore.„

Presupposti interroganti

ZFNs, inventato alla metà degli anni '90, è costruzioni artificiali fatte di due tipi di proteine: una struttura “del dito di zinco„ che può essere destinata per legare ad una breve sequenza specifica del DNA e un enzima della nucleasi che taglierà il DNA a quella sede del legame in un modo che le celle non possono riparare facilmente. La tecnologia originale per fare le proteine del dito di zinco del progettista che sono usate per dirigere i nucleases verso i loro geni dell'obiettivo in primo luogo è stata inventata da Barbas nell'inizio degli anni 90.

Gli scienziati avevano supposto che le proteine di ZFN non possono attraversare le membrane cellulari, in modo dal metodo standard della consegna di ZFN ha stato una tecnica di terapia genica che impiega un virus relativamente inoffensivo per portare un gene del progettista ZFN nelle celle. Una volta dentro, il gene di ZFN comincia produrre le proteine di ZFN, che cercano e distruggono il loro gene dell'obiettivo all'interno del DNA cellulare.

Un rischio dell'approccio di terapia genica è che se il virus non è la a DNA-uguale virale retrovirus-può finire l'incorporazione a caso in DNA cellulare, interrompente un gene apprezzato quale un gene del tumore-soppressore. Un altro rischio con questo metodo della consegna è che i geni di ZFN finiranno producendo troppe proteine di ZFN, con conseguente numero alto del DNA “dell'fuori obiettivo„ taglia. “L'approccio virale della consegna comprende molto danno dell'fuori obiettivo,„ ha detto Barbas.

Nel nuovo studio, Barbas ed i suoi colleghi hanno precisato per trovare un metodo più sicuro della consegna di ZFN che non ha compreso l'introduzione dei virus o dell'altro materiale genetico nelle celle. Hanno sperimentato inizialmente con le proteine di ZFN che portano i segmenti extra della proteina per aiutarle per penetrare le membrane cellulari, ma hanno trovato questo ZFNs modificato duro produrre in quantità utile. Finalmente, gli scienziati hanno riconosciuto che i segmenti del dito di zinco di ZFNs ordinario hanno beni che potrebbero permettere alle proteine di passare attraverso le membrane cellulari da sè.

“Abbiamo provato a lavorare con ZFNs invariato e, erano facili da produrre e celle inserite abbastanza efficientemente,„ Barbas ha detto.

Nuova strategia contro il HIV

Dopo, il gruppo indicato come la nuova tecnica potrebbe essere utilizzata ad una in una strategia basata ZFN contro infezione HIV.

Il retrovirus AIDS-causante infetta normalmente le celle di T tramite ricevitore di superficie a cellula T chiamato CCR5 ed eliminare questo ricevitore rende le celle di T altamente resistenti ad infezione HIV. Nel 2006, un paziente di HIV a Berlino ha perso tutti i segni dell'infezione presto dopo la ricezione del trapianto del midollo osseo per trattare la sua leucemia da un donatore con una variante del gene CCR5 quella risultati nell'espressione bassa del ricevitore. L'interruzione del gene CCR5 in celle di T con ad una terapia basata ZFN ha potuto potere riprodurre questo effetto drammatico.

“L'idea è di proteggere alcune delle celle di T del paziente dal HIV, di modo che il sistema immunitario rimane abbastanza forte infine eliminare l'infezione,„ ha detto Barbas.

Una terapia genica che usa ZFNs per interrompere i geni CCR5 nelle celle di T e nei reinfuses le celle di T modificate nei pazienti è corrente nei test clinici. Barbas ed il suo gruppo hanno indicato che potrebbero raggiungere lo stesso effetto con il loro metodo più semplice della ZFN-consegna. Hanno aggiunto le proteine di ZFN direttamente alle celle di T umane in una capsula di Petri ed hanno trovato che nelle ore, una frazione significativa di celle ZFN-trattate indicate le forti riduzioni dell'attività di gene CCR5.

Dopo parecchie applicazioni di ZFNs, aiutate con un metodo speciale di raffreddamento che migliora la capacità delle proteine di ottenere attraverso le membrane cellulari, gli scienziati potevano inattivare i geni CCR5 con un risparmio di temi che si approssima a quello all'dell'approccio basato a terapia del gene, Barbas ha detto.

Il nuovo approccio egualmente è sembrato essere più sicuro. Ad un metodo basato a DNA il gruppo utilizzato per il confronto o ai i metodi basati a virale riferiti nella letteratura da altri ha finito producendo ZFNs per fino a parecchi giorni, causante una quantità significativa di danno del DNA dell'fuori obiettivo. Ma le proteine direttamente consegnate di ZFN sono rimanere intatte all'interno delle celle per soltanto alcune ore, causanti il danno minimo dell'fuori obiettivo.

“Ad alcune posizioni dell'fuori obiettivo dove l'approccio di terapia genica causa frequentemente il danno, non abbiamo veduto danno affatto da questa nuova tecnica,„ ha detto Barbas.

Speranza per “le fabbriche minuscole„ di salubrità

Il gruppo ha verificato la sua tecnica diretta della ZFN-consegna con vari altri tipi delle cellule ed ha trovato che funziona con alta efficienza particolarmente in celle umane “del fibroblasto„ dell'interfaccia. I ricercatori ora stanno lavorando alle terapie avanzate in cui raccolgono tali fibroblasti dai pazienti e riprogrammano i reticoli dell'espressione genica delle cellule in modo che efficacemente diventino cellule staminali. Queste cellule staminali incitate possono poi essere modificate facendo uso di ZFNs e di altre tecniche genoma-modificare. Una volta reinfused in un paziente, possono produrre milioni di celle terapeutiche della progenie per i lungi periodi.

Tali tecniche possono l'un giorno essere usate per trattare una vasta schiera delle malattie. Barbas, che sta sviluppando le strategie anti-CCR5 per più di una decade, vuole cominciare con ad una terapia basata ZFN che interrompe il gene CCR5 in cellule staminali ematopoietiche. Queste cellule staminali difabbricazione, reinfused in un paziente di HIV, si trasformerebbero in in fabbriche minuscole per la produzione delle celle di T HIV-resistenti.

“Anche un piccolo numero di cellule staminali che portano questa funzionalità della HIV-resistenza potrebbero finire completamente sostituendo una popolazione a cellula T originale e vulnerabile del paziente,„ ha detto.

Gli altri autori del documento, “hanno mirato all'espulsione del gene dalla consegna diretta delle proteine di ZFN,„ sono primo Thomas Gaj autore e Jing Guo, Yoshio Kato e Shannon Town J. Sirk, tutti i membri del laboratorio di Barbas durante lo studio.