وکتورهای ویروسی

وکتورهای ویروسی چیستند؟

ویروس‌ها برای ایجاد مکانیسم‌های تخصصی تکامل یافته‌اند و ژنوم خود را به داخل سلول‌هایی که آلوده می‌کنند، منتقل می‌کنند. ویروس‌های اصلاح‌شده به‌عنوان ناقل‌های ویروسی یا «حامل» در ژن‌درمانی استفاده می‌شوند و از ژن جدید در برابر تخریب محافظت می‌کنند و در عین حال آن را به سلول‌های هدف می‌رسانند. ناقل‌های ویروسی به‌طور موثر سلول‌های هدف را وادار می‌کنند تا ژن جدید را از ذره‌ی ویروس بپذیرند. سپس سلول‌های هدف شروع به استفاده از ژن جدید برای انجام عملکرد خود می‌کنند.

وکتورهای ویروسی از توانایی قدرتمند ویروس‌ها برای ورود به سلول‌ها و در نتیجه رساندن مواد ژنتیکی استفاده می‌کنند. برخلاف ویروس‌های طبیعی، ناقل‌های ویروسی باعث بیماری نمی‌شوند، زیرا این ویروس‌ها اصلاح شده‌اند. ناقل‌های ویروسی با اطلاعات ژنتیکی که حمل می‌کنند، می‌توانند مستقیماً عامل بیماری را هدف قرار دهند و نحوه عملکرد سلول را تغییر دهند. انواع مختلف ناقل‌های ویروسی وجود دارد که می‌توانند برای رساندن اسیدهای نوکلئیک به ترکیب ژنتیکی سلول‌ها استفاده شوند که هر کدام مزایا، معایب، ویژگی‌ها، کاربردها و محدودیت‌های منحصربه‌‌فرد خود را برای کاربردهای خاص دارند.

انتخاب ناقل ویروسی مناسب

ناقل‌ها معمولاً از ویروس‌ها مشتق می‌شوند، زیرا ویروس‌ها در یافتن راهی برای ورود به سلول‌ها بسیار کارآمد هستند. به منظور ایمن ساختن ناقل‌ها برای استفاده، همه‌ی ژن‌های ویروسی آن حذف می‌شود و فقط ناقل برای ارائه‌ی ژن‌های درمانی اصلاح می‌شود. انتخاب اینکه کدام ویروس به‌عنوان ناقل استفاده شود بر اساس سه معیار است:

1. محققان چقدر این ویروس را می‌شناسند.
2. ویروس تا چه حد می‌تواند انواع خاصی از سلول‌ها را هدف قرار دهد.
3. استفاده از ویروس چه مقدار ایمن است.

نحوه عملکرد وکتورهای ویروسی

ناقل‌ها از پوسته‌ی ویروس که به نام کپسید (capsid) نیز شناخته می‌شود، برای کمک به انتقال ژن‌های فعال به سلول هدف استفاده می‌کنند. به ناقل یا وکتورها مانند پاکت‌‌نامه برای ارائه یک پیام فکر کنید. پاکت‌نامه اجازه می‌دهد تا پیام تحویل داده شود، در حالی که پیام داخل پاکت دستورالعمل‌های جدیدی را در مورد نحوه عملکرد به سلول ارائه می‌دهد.

انواع وکتورهای ویروسی

1. “Adeno-Associated Viral (AAV) Vectors”
2. “Adenoviral Vectors” (وکتورهای آدنوویروسی)
3. “Lentiviral Vectors” (وکتورهای لنتی‌ویروسی)
4. “Retroviral Vectors” (وکتورهای رتروویروسی)

Adeno-Associated Viral (AAV) Vectors

وکتورهای ویروسی مرتبط با آدنو، که به نام AAV نیز شناخته می‌شوند. معمولاً برای تحویل بسته‌های DNA یا ژن‌های کوچک‌تر استفاده می‌شوند. این ناقل‌ها زمانی که برای رویکردهای ژن‌درمانی in vivo”” (درون بدن موجود زنده) استفاده می‌شوند، ایمن و کارآمد هستند. درمان In vivo شامل تزریق یک ژن به قسمت‌های خاصی از بدن است تا دستورالعمل‌های ژنتیکی جدید به‌طور مستقیم به سلول‌های بدن منتقل شود.

AAVها معمولاً ادغام‌پذیر نیستند (non-integrating). این بدان معناست که DNAای که آن‌ها حمل می‌کنند، معمولا وارد ژنوم سلول و با آن ادغام نمی‌شود. بنابراین، اگر ناقل توسط سلولی که تقسیم می‌شود گرفته شود، ژن وارد شده توسط ناقل در ژن‌درمانی با هر تقسیم سلولی کپی نمی‌شود و ممکن است اثر آن در طول زمان از بین برود، در نتیجه اثر درمان کم می‌شود. به همین دلیل، AAV ها معمولا برای هدف قراردادن سلول‌های غیرقابل تقسیم، مانند سلول‌های کبد، سیستم عصبی، چشم‌ها و عضلات اسکلتی استفاده می‌شوند. AAVها می‌توانند برای مدت طولانی حتی در تمام طول عمر در بدن بیماران باقی بمانند.

ایمنی ذاتی یا همان سیستم ایمنی بدن یکی از محدودیت‌های  AAVها است، زیرا بسیاری از افراد ممکن است قبلاً از طریق عفونت‌های طبیعی با  AAVها مواجه شده‌ باشند. این بدان معنی است که آنتی‌بادی‌های از قبل موجود در بدن می توانند 30 تا 70درصد از بیماران را از شرکت در کارآزمایی بالینی بسته به نوع AAV مورد استفاده محروم کنند. برای این بیماران، سیستم ایمنی آن‌ها ممکن است به ناقل حمله کند یا قبل از اینکه بسته درمانی خود را تحویل دهد، آن را از بین ببرد و بی‌فایده کند. علاوه بر این، بیماران اغلب به یک‌بار مصرف محدود می‌شوند زیرا ممکن است سیستم ایمنی پس از اولین تجویز، آنتی‌بادی ایجاد کنند. در حال حاضر، دانشمندان در حال کار بر روی انواع استراتژی‌ها برای کمک به مبارزه با این چالش هستند. راه‌کارهایی مانند ایجاد کپسیدهای مصنوعی که توسط سیستم ایمنی مورد حمله قرار نگیرند، در حال بررسی است.

Adenoviral Vectors

از برخی جهات، وکتورهای آدنوویروسی مشابه وکتورهای AAV هستند. به‌عنوان مثال، آن‌ها اغلب برای تحویل بسته‌های DNA به سلول‌های غیرقابل تقسیم استفاده می‌شوند. با این حال، وکتورهای آدنوویروسی بزرگتر هستند و قادر به ارائه بسته‌های ژنتیکی تقریباً هشت‌برابر اندازه AAV ها هستند. ناقل‌های آدنوویروسی می‌توانند پاسخ‌های ایمنی قوی ایجاد کنند که سبب التهاب در سراسر بدن و کاهش اثربخشی درمان می‌شود. در سال‌های اخیر، دانشمندان روی ایجاد ناقل‌های آدنوویروسی کار کرده‌اند که منجر به پاسخ‌های ایمنی خفیف‌تر می‌شود تا بسته‌های بزرگ‌تر را با خطر کمتر تحویل دهند.

Lentiviral and Retroviral Vectors

ناقل‌های لنتی ویروسی و رتروویروسی می‌توانند بسته‌های ژنتیکی بزرگتر RNA که به DNA تبدیل می‌شود را حمل کنند. در طی این فرایند، این وکتورها برخلاف AAV ها و وکتورهای آدنوویروسی در ژنوم سلول هدف ادغام می‌شوند.(integrate)

توانایی ادغام در ژنوم سلولی، ناقل‌های لنتی ویروسی و رتروویروسی را برای تقسیم سلولی مناسب‌تر می‌سازد، که اهداف یک رویکرد درمانی در خارج از بدن (ex vivo) هستند. به‌عنوان مثال، این ناقل‌ها برای هدف قراردادن سلول‌های T، که نوعی سلول ایمنی هستند و همچنین سلول‌های بنیادی، که سلول‌های خاصی هستند که می‌توانند به انواع مختلف سلول تبدیل شوند، استفاده می‌شوند. برخلاف درمان‌های in vivo، درمان ex vivo در خارج از بدن اتفاق می‌افتد. در این روش سلول‌ها از بدن خارج می‌شوند و روی صفحات کشت می‌شوند و به آن‌ها اجازه تکثیر و گسترش می‌دهند. سپس این سلول‌ها با ناقل‌ها درمان می‌شوند و با دستورالعمل‌های ژنتیکی جدید، مانند یک ژن فعال، اصلاح می‌شوند. سپس سلول‌های اصلاح شده به بدن بازگردانده می‌شوند. پس از آن، سلول‌های تحت درمان شروع به تقسیم و تولید سلول‌های جدید می‌کنند. به لطف ادغام، ماده ژنتیکی جدید در تمام سلول‌های جدید کپی می‌شود و فراتر از سلول اصلی به عملکرد خود ادامه می‌دهد.

اغلب ناقل‌های ویروسی معمولاً در خون، تومورها یا بافت عضلانی تزریق می‌شوند، اما ناقل‌های آدنوویروسی و AAV نیز می‌توانند از طریق استنشاق وارد شوند.

محدودیت‌های ناقل‌های ویروسی

ژن‌درمانی با استفاده از ناقل‌های ویروسی پتانسیل زیادی دارد، اما بدون خطر نیست. علاوه بر محدودیت‌های ذکر شده یعنی ایمنی ذاتی و پاسخ‌های ایمنی قوی از طرف سیستم ایمنی بدن، اثرات خارج از هدف نیز وجود دارد. یعنی زمانی که بافت‌هایی غیر از بافت هدف اصلی تحت‌تأثیر قرار می‌گیرند. همچنین تولید وکتورهای ویروسی پرهزینه و زمان‌بر است.

نمونه کاربردهای وکتورهای ویروسی

• ژن‌درمانی

ژن‌درمانی راهی برای درمان یا پیشگیری از یک بیماری خاص با استفاده از مواد ژنتیکی است. یکی از راه‌های رایجی که محققان برای انجام این کار یافته‌اند، استفاده از وکتور یا ناقل است. وکتورها اساسا وسایل نقلیه‌ای هستند که برای رساندن مواد ژنتیکی درمانی، مانند یک ژن فعال به‌طور مستقیم به سلول طراحی شده‌اند. ژن‌درمانی مبتنی بر ناقل ویروسی می‌تواند برای درمان بیماری‌های ارثی و اکتسابی استفاده شود.

• انکولوژی

ناقل‌های ویروسی را می‌توان در ژن‌درمانی به‌منظور درمان بیماری‌های مختلف مانند سرطان، بیماری‌های متابولیک، نقایص قلبی و اختلالات عصبی استفاده کرد.

رویکرد ژن‌درمانی در مورد سرطان و درمان سرطان بسیار متفاوت است. ناقل‌های فعلی نمی‌توانند 100درصد سلول‌ها را درمان کنند، بنابراین افزودن ژن یا استراتژی‌های هدف‌گیری ژن خاص، که روش‌هایی برای بیماری‌های نادر مانند افزودن یک ژن فعال هستند، به سادگی برای درمان سرطان موثر نیستند. با این حال، استراتژی‌هایی وجود دارد که از ژن‌درمانی برای درمان سرطان، با افزایش پاسخ ایمنی به سلول‌های سرطانی استفاده می‌کند. این روش‌ها با درمان بیماری‌های نادر، که در آن یک ژن فعال در کنار یک ژن معیوب قرار می‌گیرد، بسیار متفاوت است. یکی از راه‌های درمان سرطان، ارائه دستورالعمل‌های ژنتیکی جدید به سلول‌های ایمنی در حال تقسیم است که می‌تواند آن‌ها را به سلول‌هایی تبدیل کند که سلول‌های سرطانی را شناسایی کرده و از بین ببرند. روش دیگر استفاده از ناقل‌هایی است که می‌توانند به سرعت در سلول‌های تومور تکثیر شوند.

• واکسینولوژی

ناقل‌های ویروسی می‌توانند سطوح بالایی از بیان پروتئین نوترکیب را ایجاد کنند که پایه‌ای برای توسعه واکسن مدرن است. مطالعات نشان داده‌اند که وقتی از ناقل‌های ویروسی بیان‌کننده آنتی‌ژن استفاده می‌شود، پاسخ‌های سلول‌های T و B استخراج‌شده، هم گسترده‌تر و هم از درجه بزرگ‌تری نسبت به پس از ایمن‌سازی DNA به‌تنهایی هستند.

جمع‌بندی

ناقل‌های ویروسی می‌توانند برای ارائه آنتی‌ژن‌های ویروسی تشکیل‌شده طبیعی به سیستم ایمنی بسیار مفید باشند. به‌طور کلی، ناقل‌های ویروسی نسبت به بسیاری از واکسن‌های ویروسی ضعیف‌شده ایمنی مطلوب‌تری دارند و نسبت به واکسن‌های ویروس غیرفعال یا کشته‌شده، ایمنی‌زاتر هستند.

اگرچه نشان داده شده‌است که انتقال ژن با واسطه ویروس موثرترین راه انتقال ژن است، اما روش‌های غیرویروسی نیز به‌طور فزاینده‌ای مورد تحقیق قرار می‌گیرند. تعداد زیادی از چنین سیستم‌های غیرویروسی بخش‌هایی از ناقل‌های ویروسی را به منظور افزایش کارایی انتقال یا بیان ژن ترکیب می‌کنند.

نویسنده: مروا مهدیزاده

منابع

beckman

patienteducation

biovian

news-medical

تهیـه‌شـده در آکـــادمـی ژنـــتیـــک ایــران

همچنین بخوانید: انواع وکتور‌هایی که در کلونینگ استفاده می‌شوند