Cercetătorii găsesc cauza bolii rare, fatale, care transformă buzele bebelușilor și boli
Oamenii de știință au folosit o metodă de editare a genelor numită CRISPR/Cas9 pentru a genera șoareci care mimează fidel o boală respiratorie gravă la nou-născuți, care își transformă buzele și pielea în albastru. Noul model de laborator va permite cercetătorilor să identifice cauza bolii și să dezvolte un posibil și mult necesar tratament bazat pe nanoparticule.
Displazia capilară alveolară, de cele mai multe ori netratabilă, cu nealiniere a venelor pulmonare (ACDMPV) afectează de obicei sugarii în decurs de o lună de la naștere, potrivit cercetătorilor de la Centrul Medical al Spitalului de Copii din Cincinnati, care publică rezultate în Jurnalul American de Medicină Respiratorie și Critică. Boala înfometează sistemul pulmonar de oxigen după ce plămânii nu funcționează corect vasele de sânge în timpul dezvoltării organelor. Lipsa vaselor de sânge minuscule numite capilare alveolare provoacă hipoxie, inflamații și moarte.
„Nu există alte tratamente eficiente în afară de un transplant pulmonar, așa că este urgentă necesitatea unor noi terapii”, a spus Vlad Kalinichenko, MD, dr., La Centrul de Studii Perinatale pentru Copii din Cincinnati pentru Medicină Regenerativă Pulmonară și cercetătorul principal al studiului. Am identificat o strategie terapeutica nanoparticule pentru a creste numarul de capilare alveolare si mentine functia respiratorie pentru cel putin un subgrup de copii cu aceasta boala pulmonara congenitala.
Boala a fost mult timp legată de mutații ale genei FOXF1, un important regulator al dezvoltării pulmonare embrionare. Misterul rămas până la acest studiu este procesele microbiologice precise care alimentează ACDMPV, au spus cercetătorii.
Descoperirea conexiunii STAT3
Lucrând cu echipa de la Pawel Stankiewicz, MD, la Baylor College of Medicine din Houston, laboratorul Kalinichenko a analizat informațiile genetice din cazurile umane ACDMPV pentru a genera primul model animal relevant clinic din ACDMPV. Ea a folosit noile mutații FOXF1 umane CRISPR/Cas9 la șoareci. CRISPR-Cas9 permite editarea precisă a genei prin utilizarea unei enzime pentru a tăia secțiuni specifice ale unei secvențe de ADN și atașarea capetelor libere la punctul dorit al unei celule pentru a schimba structura genetică.
Folosind modele clinice precise ale șoarecilor bolii, ACDMPV le-a permis oamenilor de știință să depășească un obstacol de lungă durată în înțelegerea modului în care evoluează boala, scriu autorii.
Lucrarea s-a bazat, de asemenea, pe analize bioinformatice extinse ale datelor clinice și de laborator obținute în urma testelor biologice. Aceasta implică o tehnică numită ChIP-Seq (care analizează interacțiunile proteină-ADN) și secvențierea întregului exom (care arată dispunerea tuturor regiunilor genelor care codifică proteinele).
Prin examinarea interacțiunilor proteină-ADN legate de gena FOXF1 în celulele pulmonare, autorii studiului au descoperit că o mutație punctuală specifică cu FOXF1 la locația de legare a ADN-ului S52F a proteinei de atom FOXF1. Mutația blochează semnalizarea moleculară pe mai multe gene țintă din aval care sunt implicate în formarea vaselor de sânge pulmonare.
De asemenea, au descoperit că proteina mutantă S52F FOXF1 nu a interacționat cu o proteină numită STAT3. Legătura este esențială pentru promovarea dezvoltării vaselor de sânge în plămânii neonatali. Acest lucru a dus la lipsa STAT3 în dezvoltarea plămânilor și la formarea necorespunzătoare a sistemului circulator pulmonar.
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, deficiența STAT3 în probele donate de la pacienții cu ACDMPV care aveau deja mutații punctuale specifice în gena FOXF1. Autorii au teorizat că tratarea șoarecilor nou-născuți cu STAT3 ar favoriza dezvoltarea vaselor de sânge în plămâni, totuși A trebuit să vă dați seama cum să introduceți proteina în plămâni.
Soluție de nanoparticule STAT3
Cercetătorii au apelat la tehnologia nanoparticulelor pentru a livra o mini genă STAT3 în plămânii șoarecilor nou-născuți. Au creat o formulare nouă pentru ceea ce sunt cunoscute sub numele de nanoparticule de polietilenimină (PEI).
Nanoparticulele PEI asemănătoare gelatinei pot transporta material genetic terapeutic pe diferite părți ale corpului, administrându-le pacienților intravenos. Diverse formulări de nanoparticule PEI sunt în prezent testate în studiile clinice pentru cancer la adulți pe alte organe, potrivit autorilor studiului.
Administrarea terapeutică a ADN-ului STAT3 la șoarecii nou-născuți, care cu mutația S52F FOXF1 restabilește capacitatea celulelor endoteliale de a modela vasele de sânge pulmonare. Acest lucru stimulează creșterea vaselor de sânge la animale și formarea sacilor de aer denumiți proces alveolar.
"Dacă eficacitatea nanoparticulelor PEI este confirmată în studiile clinice pentru cancerul la adulți, PEI, ar putea fi luată în considerare pentru terapia genetică STAT3 la sugarii cu ACDMPV", a spus Kalinichenko. Avand in vedere ca ACDMPV este o boala rara, un studiu clinic multicentric ar fi necesar pentru a evalua eficacitatea terapiei genice STAT3 la nou-nascuti si sugari ACDMPV.
Primul autor al studiului, Arun Pradhan, dr., Cercetător, lucrează în laboratorul Kalinichenko.
Sprijinul de finanțare pentru studiu a venit de la Institutele Naționale de Sănătate (HL84151, HL141174, HL123490, HL137203, HL132849 și subvenții de la Organizația Națională pentru Tulburări Rare.