درمان سرطان و دیابت با قهوه و کریسپر: نوآوری شیمی‌ژنتیک

شیمی‌ژنتیک: کنترل سلول‌ها با مولکول‌های هوشمند

«یوبین ژو»، استاد و مدیر مرکز تحقیقات کاربردی سرطان در مؤسسه علوم زیستی و فناوری دانشگاه تگزاس ای‌اندام، در خط مقدم این پژوهش قرار دارد. او با سابقه‌ای درخشان و انتشار بیش از ۱۸۰ مقاله، به دنبال پاسخ‌های پزشکی در سطوح سلولی، اپی‌ژنتیک و ژنتیک است. شیمی‌ژنتیک به معنای توانایی کنترل دقیق رفتار سلول‌ها با استفاده از مولکول‌های کوچک خارجی است. این مولکول‌ها، که اغلب داروها یا ترکیبات غذایی هستند، کلیدهای ژنتیکی مهندسی‌شده درون سلول‌ها را فعال می‌کنند.

برخلاف داروهای سنتی که به طور گسترده بر بافت‌های مختلف تأثیر می‌گذارند، روش‌های شیمی‌ژنتیکی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که فقط بر سلول‌های از پیش برنامه‌ریزی‌شده ژنتیکی عمل کنند و دقت درمانی بی‌سابقه‌ای را ارائه دهند.

ویرایش ژن با یک «کافبادی»

جدیدترین دستاورد پژوهشی ژو، معرفی یک روش شیمی‌ژنتیکی جدید است که از کریسپر و کافئین بهره می‌برد. در این روش، ژن‌های کدگذار «نانوبادی»، پروتئین سازگار با آن و فناوری کریسپر از طریق روش‌های انتقال ژن به سلول‌ها منتقل می‌شوند. این امر به سلول‌ها امکان می‌دهد تا این اجزا را خودشان تولید کنند.

پس از استقرار این چارچوب مولکولی، فرآیند از بیرون قابل کنترل است. مصرف دوز ۲۰ میلی‌گرم کافئین (موجود در قهوه، شکلات یا نوشابه) باعث اتصال یک نانوبادی و پروتئین سازگار با آن شده و در نتیجه، تغییرات ژنی ناشی از کریسپر در سلول‌ها فعال می‌شود.

فعال‌سازی سلول‌های T: حافظه ایمنی بدن

یکی از مزایای چشمگیر این روش، توانایی فعال‌سازی سلول‌های T است که با سایر روش‌های ویرایش ژن امکان‌پذیر نیست. سلول‌های T نقش حیاتی در سیستم ایمنی ایفا می‌کنند و به عنوان حافظه بدن برای عفونت‌های گذشته عمل کرده و طرح‌های مبارزه با تهدیدات آینده را ذخیره می‌کنند. فعال‌سازی دستی این سلول‌ها می‌تواند راهی نوین برای هدایت سیستم ایمنی در برابر بیماری‌های خاص فراهم آورد.

کنترل برگشت‌پذیر با راپامایسین

پژوهشگران همچنین دریافتند که داروهای خاصی می‌توانند با جدا کردن پروتئین‌ها، روند ویرایش ژن را معکوس کرده و کنترل بیشتری بر سیستم ارائه دهند. این ویژگی برگشت‌پذیری برای درمان‌های شیمیایی بسیار مهم است. برای مثال، پزشکان می‌توانند به طور موقت فعالیت اصلاح ژن را متوقف کنند تا بیماران از عوارض جانبی درمان رهایی یابند و سپس با بهبود شرایط، سیستم را دوباره فعال کنند.

ژو توضیح می‌دهد: «می‌توانید این مولکول‌های شبه‌آنتی‌بادی را طوری مهندسی کنید که با سیستم‌های القاشونده با راپامایسین کار کنند تا بدین ترتیب، با افزودن داروی متفاوتی مانند راپامایسین بتوانید به اثر معکوس دست یابید. اگر در ابتدا پروتئین‌های A و B از یکدیگر جدا باشند، افزودن کافئین آنها را به هم نزدیک می‌کند. اگر پروتئین‌های A و B از ابتدا با هم باشند، افزودن دارویی مانند راپامایسین می‌تواند به تفکیک آنها منجر شود.»

راپامایسین، دارویی سرکوب‌کننده سیستم ایمنی و پرکاربرد است که به طور سنتی برای جلوگیری از رد پیوند در بیماران پیوند عضو استفاده می‌شود. قیمت مناسب و در دسترس بودن آن، این دارو را به گزینه‌ای ایده‌آل برای این کاربردها تبدیل کرده است.

آینده روشن کافبادی‌ها در پزشکی دقیق

پروتئین نانوبادی مهندسی‌شده‌ای که با کافئین فعال می‌شود، «کافبادی» نام‌گذاری شده است. ژو معتقد است که دانشمندان با مهار قدرت کافبادی‌ها، روزی قادر خواهند بود طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها را درمان کنند. در بلندمدت، این فناوری می‌تواند به افراد مبتلا به دیابت امکان دهد تا صرفاً با نوشیدن یک فنجان قهوه، تولید انسولین را افزایش دهند.

فراتر از دیابت، این فناوری می‌تواند برای کنترل سایر مولکول‌های مهم، از جمله مولکول‌هایی که سلول‌های T را تغذیه می‌کنند، نیز به کار رود. در درمان سرطان، کافبادی‌ها می‌توانند در سلول‌های T تعبیه شوند تا پزشکان کنترل شیمیایی دقیقی بر زمان، مکان و شدت حمله سیستم ایمنی به تومورها داشته باشند.

آزمایش‌های حیوانی نشان داده‌اند که کافئین و متابولیت‌های آن، مانند تئوبرومین (موجود در شکلات و کاکائو)، می‌توانند این واکنش را تحریک کرده و امکان ویرایش با کریسپر را فراهم آورند. ژو تأکید می‌کند که این نوع درمان در دسترس‌تر، آسان‌تر و با عوارض جانبی کمتری نسبت به سایر درمان‌ها همراه است.

ژو و تیمش امیدوارند این روش را به آزمایش‌های پیش‌بالینی گسترش داده و کاربردهای بیشتری برای کافبادی‌ها و فناوری کریسپر در درمان بیماری‌های مختلف کشف کنند، و بدین ترتیب مولکول‌های روزمره را یک گام به ابزارهای پزشکی دقیق نزدیک‌تر سازند. این پژوهش مهم در مجله معتبر «Chemical Science» به چاپ رسیده است.