کاربرد فناوری DNA نوترکیب در پزشکی

فناری DNA نوترکیب چیست؟

حوزه پزشکی در دهه‌های اخیر، عمدتاً به لطف پیشرفت‌های چشمگیر در بیوتکنولوژی، دستخوش تحولی عمیق شده است. از جمله تأثیرگذارترین این نوآوری‌ها، فناوری DNA نوترکیب است.

فناوری DNA نوترکیب که به عنوان مهندسی ژنتیک یا پیوند ژن نیز شناخته می‌شود، به محققان اجازه می‌دهد تا مواد ژنتیکی موجودات را دستکاری و اصلاح کنند؛ این تغییرات سبب می‌شود که آن‌ها قادر به تولید پروتئین‌های خاص، مطالعه ژن‌ها و توسعه درمان‌های جدید شوند.

تولید پروتئین های نوترکیب درمانی با استفاده از فناوری DNA نوترکیب

یکی از اولین و مهم‌ترین کاربردهای فناوری DNA نوترکیب در پزشکی، تولید پروتئین‌های درمانی نوترکیب بوده است. قبل از توسعه این فناوری، به دست آوردن مقادیر کافی از پروتئین‌های خاص، مانند انسولین و هورمون رشد انسانی، نیاز به استخراج از بافت‌های حیوانی یا استفاده از اجساد داشت که چالش‌های مختلفی از جمله خطرات آلودگی و منابع محدود را به همراه داشت.

در ادامه، فناوری DNA نوترکیب این چالش‌ها را پشت سر گذاشت!

تولید انسولین با استفاده از فناوری DNA نوترکیب

تولید انسولین نوترکیب به عنوان نمونه بارز کاربرد پزشکی فناوری DNA نوترکیب است.

قبل از ظهور این فناوری، انسولین مورد استفاده برای درمان دیابت از پانکراس خوک‌ها و گاوهای ذبح شده به دست می‌آمد. این روش نه تنها نگرانی‌های اخلاقی را بر می‌انگیخت، بلکه خطر انتقال بیماری به انسان را نیز به همراه داشت.

فناوری DNA نوترکیب با وارد کردن ژن انسولین انسانی به باکتری که معمولاً اشریشیا کلی است، می‌تواند انسولین مشابه با انسولین تولید شده توسط بدن انسان را سنتز کند و این مسئله تولید انسولین را متحول کرد.

این انسولین نوترکیب انسانی که برای اولین بار در اوایل دهه 1980 به بازار عرضه شد، نسبت به انسولین مشتق شده از حیوانات، ایمن تر، خالص تر و راحت تر بود.

تولید هورمون رشد انسانی (hGH) با استفاده از فناوری DNA نوترکیب

پروتئین درمانی دیگری که با استفاده از فناوری DNA نوترکیب تولید می‌شود، هورمون رشد انسانی (hGH) است.

این هورمون برای رشد و نمو ضروری است و کمبود آن می‌تواند منجر به توقف رشد شود. قبل از فناوری DNA نوترکیب، hGH از غدد هیپوفیز اجساد استخراج می‌شد که خطر آلودگی و دسترسی محدود را به همراه داشت.

از طریق فناوری DNA نوترکیب، دانشمندان ژن hGH را در سلول‌های باکتری یا پستانداران وارد کردند که به آن‌ها اجازه می‌داد مقادیر زیادی hGH خالص برای استفاده درمانی تولید کنند؛ این پیشرفت به طور قابل توجهی درمان کمبود هورمون رشد را بهبود بخشیده است.

تولید اریتروپویتین (EPO) با استفاده از فناوری DNA نوترکیب

اریتروپویتین، هورمونی که تولید گلبول‌های قرمز را تحریک می‌کند، یکی دیگر از پروتئین‌های درمانی نوترکیب با مصارف پزشکی است.

برای درمان شرایطی مانند کم خونی ناشی از بیماری مزمن کلیوی و شیمی درمانی سرطان استفاده می‌شود. فناوری DNA نوترکیب با وارد کردن ژن EPO به سلول‌های پستانداران، تولید EPO مصنوعی را امکان‌پذیر کرده است و به منبع مطمئن‌تری از این هورمون حیاتی منجر می‌شود.

ژن درمانی و فناوری DNA نوترکیب

ژن درمانی یک رویکرد پزشکی  بسیار در حال پیشرفت است که هدف آن درمان اختلالات ژنتیکی با معرفی، جایگزینی یا ترمیم ژن‌ها در سلول‌های بیمار است.

فناوری DNA نوترکیب با ارائه ابزارهای لازم برای اصلاح و تحویل ژن، نقشی اساسی در ژن درمانی ایفا می‌کند.

ژن درمانی و فناوری DNA نوترکیب در بیماری فیبروز سیستیک

فیبروز کیستیک یک اختلال ژنتیکی ناشی از جهش در ژن CFTR است که منجر به انتقال غیرطبیعی یون کلرید و تولید مخاط غلیظ در ریه‌ها و سایر اندام‌ها می‌شود.

ژن درمانی فیبروز کیستیک شامل معرفی یک ژن CFTR عملکردی به سلول‌های راه تنفسی بیمار است. فناوری DNA نوترکیب طراحی و تولید ناقل‌های ویروسی مانند آدنوویروس‌ها و ویروس‌های مرتبط با آدنو را ممکن می‌سازد که می‌توانند ژن مورد نظر را به سلول‌های هدف تحویل دهند.

کارآزمایی‌های بالینی با استفاده از این ناقل‌ها نتایج امیدوارکننده‌ای را در کاهش علائم و بهبود عملکرد ریه در برخی از بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک نشان داده‌ است.

ژن درمانی و فناوری DNA نوترکیب در بیماری هموفیلی

هموفیلی یکی دیگر از اختلالات ژنتیکی است که افراد مبتلا به آن فاقد فاکتورهای لخته کننده خون ، فاکتور 8 برای هموفیلی A و فاکتور IX برای هموفیلی B، هستند.

فناوری DNA نوترکیب در طراحی و تولید ناقل‌های ویروسی برای رساندن ژن‌های فاکتور انعقادی از دست رفته به بیماران مؤثر بوده است.

در حالی که چالش‌هایی هنوز وجود دارد، تحقیقات و آزمایشات بالینی در حال انجام، پتانسیل بالای ژن درمانی را برای ارائه یک راه حل بلندمدت برای افراد مبتلا به هموفیلی نشان می‌دهد.

ژن درمانی و فناوری DNA نوترکیب در اختلالات ژنتیکی نادر

فراتر از فیبروز کیستیک و هموفیلی، ژن درمانی برای درمان طیف گسترده‌ای از اختلالات ژنتیکی نادر، از جمله دیستروفی عضلانی، بیماری هانتینگتون، و کم خونی سلول داسی، امیدوار کننده است.

فناوری DNA نوترکیب امکان توسعه درمان‌های شخصی‌سازی شده متناسب با جهش‌های ژنتیکی خاص بیماران را فراهم می‌کند. با ادامه پیشرفت این رشته، ژن درمانی این پتانسیل را دارد که زندگی افرادی را که تحت تأثیر این شرایط قرار دارند تغییر دهد.

 پزشکی شخصی و فناوری DNA  نوترکیب

پزشکی شخصی یک رویکرد پزشکی است که تصمیمات و برنامه درمانی را بر اساس ساختار ژنتیکی، محیط و سبک زندگی بیماران به‌صورت فردی طراحی می‌کند.

فناوری DNA نوترکیب با امکان تجزیه و تحلیل اطلاعات ژنتیکی افراد و انجام درمان‌ها بر اساس آن، نقشی اساسی در پزشکی شخصی‌سازی شده ایفا می‌کند.

فناوری DNA نوترکیب و فارماکوژنومیکس

فارماکوژنومیکس شاخه‌ای از پزشکی شخصی سازی شده است که بر چگونگی تأثیر ساختار ژنتیکی افراد بر پاسخ آن‌ها به داروها تمرکز دارد.

با تجزیه و تحلیل تغییرات ژنتیکی بیمار، تولید کنندگان مراقبت‌های بهداشتی می‌توانند موثرترین و ایمن‌ترین درمان‌های دارویی را تولید کنند.

فناوری DNA نوترکیب امکان توالی یابی سریع و مقرون به صرفه ژنوم یک فرد را فراهم می‌کند و شناسایی نشانگرهای ژنتیکی مربوطه را که انتخاب و دوز دارو را تعیین می‌کنند، تسهیل می‌‍کند.

فناوری DNA نوترکیب و درمان سرطان

در حوزه سرطان، پزشکی شخصی به پیشرفت‌های قابل توجهی در درمان سرطان منجر شده است. پروفایل مولکولی تومورها با استفاده از فناوری DNA نوترکیب به شناسایی جهش‌های ژنتیکی خاص که باعث رشد سرطان می‌شوند کمک می‌کند.

این اطلاعات، انتخاب درمان‌های هدفمند، مانند مهارکننده‌های تیروزین کیناز یا ایمنی‌درمانی‌ها را راهنمایی می‌کند که احتمالاً برای یک بیمار خاص مؤثر هستند.

علاوه بر این، بیوپسی‌های مایع، که DNA تومور در حال گردش در خون را تشخیص می‌دهند، با فناوری DNA نوترکیب امکان‌پذیر می‌شوند و روشی غیرتهاجمی برای نظارت بر پیشرفت سرطان و پاسخ به درمان ارائه می‌دهند.

فناوری DNA نوترکیب و مشاوره ژنتیک

مشاوره ژنتیک، بخشی جدایی ناپذیر از پزشکی شخصی، به افراد و خانواده‌ها کمک می‌کند تا عوامل خطر آفرین ژنتیکی خود را برای بیماری‌های ارثی درک کنند.

فناوری DNA نوترکیب به شناسایی جهش‌های ژنتیکی مرتبط با شرایط ارثی کمک می‌کند و به مشاوران ژنتیک اجازه می‌دهد تا راهنمایی‌ها و توصیه‌هایی آگاهانه برای پیشگیری از بیماری، تشخیص زودهنگام و تنظیم خانواده ارائه دهند.

توسعه واکسن و فناوری DNA  نوترکیب

توسعه واکسن به صورت سنتی بر استفاده از پاتوژن‌های ضعیف یا غیرفعال شده برای تحریک پاسخ ایمنی بدون ایجاد بیماری متکی بوده است.

فناوری DNA نوترکیب با ایجاد امکان تولید واکسن‌های نوترکیب، توسعه واکسن را متحول کرده است.

فناوری DNA  نوترکیب و تولید واکسن هپاتیت B

یکی از اولین واکسن‌های نوترکیب موفق، واکسن هپاتیت B است. قبل از توسعه، این واکسن با استفاده از نمونه خون افراد مبتلا به هپاتیت B تولید می‌شد که خطر انتقال بیماری را به همراه داشت.

فناوری DNA نوترکیب به دانشمندان اجازه می‌دهد تا آنتی ژن سطحی هپاتیت B (HBsAg) را در سلول‌های مخمر تولید کنند و واکسنی ایمن و موثر ایجاد کنند که به طور چشمگیری میزان بروز هپاتیت B را در سراسر جهان کاهش داده است.

فناوری DNA  نوترکیب و واکسن های کووید 19

توسعه سریع واکسن‌های COVID-19 در پاسخ به همه‌گیری جهانی، قدرت فناوری DNA نوترکیب را در توسعه واکسن نشان می‌دهد.

واکسن‌های Pfizer-BioNTech و Moderna واکسن‌های مبتنی بر mRNA هستند که از قطعه کوچکی از مواد ژنتیکی ویروس برای وادار کردن سلول‌ها برای تولید پروتئین ویروسی، یا همان پروتئین اسپایک، استفاده می‌کنند که پاسخ ایمنی را تحریک می‌کند.

این واکسن‌ها در زمان بسیار کوتاهی ساخته شدند و اثربخشی فناوری DNA نوترکیب را به نمایش گذاشتند.

فناوری DNA نوترکیب و نوآوری‌های آینده واکسن

فناوری DNA نوترکیب به نوآوری در توسعه واکسن ادامه می‌دهد. محققان با استفاده از تکنیک‌های نوترکیب در حال کشف واکسن‌هایی برای بیماری‌هایی مانند مالاریا، سل و HIV هستند.

علاوه بر این، این فناوری امکان سازگاری سریع واکسن‌های موجود را برای مقابله با گونه‌های جدید پاتوژن‌ها فراهم می‌کند، همانطور که تلاش‌های مداوم برای به‌روزرسانی واکسن‌های COVID-19 انجام شده است.

فناوری DNA نوترکیب و درمان با سلول‌های بنیادی

درمان با سلول‌های بنیادی پتانسیل بسیار زیادی برای پزشکی بازساختی و درمان بیماری‌های دژنراتیو مختلف دارد؛ همچنین، فناوری DNA نوترکیب در بهینه سازی درمان‌های مبتنی بر سلول های بنیادی نقش بسیار مهمی دارد.

سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs)

سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs) سلول‌های بالغی هستند که به حالت پرتوان هستند که به آن‌ها اجازه تمایز به انواع سلول‌ها را می‌دهد.

فناوری DNA نوترکیب برای معرفی فاکتورهای رونویسی خاص به سلول‌های بالغ و برنامه‌ریزی مجدد آنها به iPSCها استفاده می‌شود؛ سپس این iPSCها را می‌توان به انواع سلول‌های مورد نظر برای اهداف درمانی متمایز کرد و منبع بالقوه‌ای از سلول‌های خاص بیمار را برای پیوند و بازسازی بافت ارائه کرد.

ویرایش ژن در سلول‌های بنیادی

CRISPR-Cas9، یک فناوری انقلابی ویرایش ژن، اغلب در ارتباط با فناوری DNA نوترکیب برای اصلاح ژن‌ها در سلول‌های بنیادی استفاده می‌شود. این فرایند، اصلاح جهش‌های ژنتیکی را در iPSC های خاص بیمار امکان پذیر می‌کند و آنها را به منبعی ارزشمند برای درمان‌های مبتنی بر سلول اتولوگ تبدیل می‌کند. سلول‌های بنیادی اصلاح‌شده ژنی در درمان بیماری‌هایی مانند بیماری سلول داسی شکل و بتا تالاسمی امیدوارکننده بوده‌اند.

فناوری DNA نوترکیب و تشخیص و نشانگرهای زیستی

فناوری DNA نوترکیب حتی تکنیک‌های تشخیصی و کشف نشانگرهای زیستی برای بیماری‌های مختلف را متحول کرده است!

واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) و فناوری DNA نوترکیب

واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) سنگ بنای تشخیص مولکولی است. این تکنین، توالی‌های DNA خاصی را تولید می‌کند و امکان تشخیص و تعیین کمیت DNA هدف، از جمله DNA پاتوژن، جهش‌های ژنتیکی و نشانگرهای زیستی سرطان را فراهم می‌کند.

PCR به فناوری DNA نوترکیب برای تولید DNA پلیمرازهای مقاوم در برابر گرما، مانند Taq polymerase، متکی است که می‌تواند دماهای بالای مورد نیاز برای فرآیند تولید را تحمل کند.

توالی یابی نسل بعدی (NGS) و فناوری DNA نوترکیب

NGS یک ابزار قدرتمند برای تجزیه و تحلیل کل ژنوم یک فرد یا مناطق ژنی خاص است. فناوری DNA نوترکیب توسعه پلتفرم‌های توالی‌یابی DNA با کارایی بالا را امکان‌پذیر کرده است که می‌تواند به سرعت مقادیر زیادی از داده‌های ژنتیکی تولید کند. NGS در ژنومیک سرطان، تشخیص بیماری‌های نادر و شناسایی انواع توالی‌های ژنتیکی مرتبط با پاسخ‌های دارویی کاربرد دارد.

کشف نشانگر زیستی و فناوری DNA نوترکیب

فناوری DNA نوترکیب، کشف نشانگرهای زیستی خاص بیماری را آسان کرده است. با تجزیه و تحلیل پروفایل‌های بیان ژن بافت‌ها و سلول‌ها، محققان می‌توانند ژن‌ها و پروتئین‌های مرتبط با بیماری‌های خاص را شناسایی کنند و به تشخیص زودهنگام، پیشگیری و توسعه درمان‌های هدفمند کمک کنند. بیومارکرها توانایی ما را برای تشخیص بیماری‌هایی مانند سرطان در مراحل اولیه و قابل درمان تغییر داده‌اند.

فناوری DNA نوترکیب و مهندسی آنتی بادی

زمینه مهندسی آنتی بادی، که توسط فناوری DNA نوترکیب فعال شده است، منجر به توسعه آنتی بادی‌های مونوکلونال برای اهداف تشخیصی و درمانی شده است.

آنتی بادی مونوکلونال و فناوری DNA نوترکیب

آنتی بادی‌های مونوکلونال، آنتی بادی‌های تولید شده در آزمایشگاه هستند که برای هدف قرار دادن آنتی ژن‌های خاص مانند پاتوژن‌ها یا سلول‌های سرطانی طراحی شده‌اند.

فن آوری DNA نوترکیب امکان ایجاد هیبریدوم‌ها را فراهم می کند، که خطوط سلولی جاودانه‌ای هستند که یک نوع آنتی بادی تولید می‌کنند. این هیبریدوم‌ها را می توان کشت کرد و برای تولید مقادیر زیادی آنتی بادی‌های مونوکلونال برای استفاده در درمان سرطان، درمان بیماری‌های خودایمنی و مدیریت بیماری‌های عفونی استفاده کرد.

ایمونوتراپی و فناوری DNA نوترکیب

ایمونوتراپی، به ویژه سلول درمانی CAR-T، موفقیت چشمگیری در درمان سرطان نشان داده است. فناوری DNA نوترکیب نقشی اساسی در مهندسی سلول‌های T گیرنده کایمریک (CAR) و اصلاح سلول‌های ایمنی برای هدف قرار دادن و تخریب سلول‌های سرطانی با دقت بالا دارد. این رویکرد شخصی سازی شده برای درمان سرطان امید جدیدی را برای بیماران مبتلا به بدخیمی‌های غیرقابل درمان قبلی ایجاد کرده است.

فناوری DNA نوترکیب چشم انداز پزشکی را متحول کرده است و راه حل‌های نوآورانه‌ای را برای برخی از چالش برانگیزترین و پیچیده ترین مسائل پزشکی ارائه می‌دهد. از تولید پروتئین‌های درمانی نوترکیب گرفته تا ژن درمانی، پزشکی شخصی، توسعه واکسن، درمان با سلول های بنیادی، تشخیص و مهندسی آنتی بادی، این فناوری همچنان به پیشرفت‌ در زمینه پزشکی ادامه می‌دهد.

همانطور که درک ما از ژنتیک و بیوتکنولوژی عمیق‌تر می‌شود، پتانسیل فناوری DNA نوترکیب برای متحول کردن بیشتر پزشکی نامحدود باقی می‌ماند و امیدوارکننده‌ترین درمان‌ها را در سرار جهان به مردم ارائه می‌دهد.

نویسنده: زهرا جهان‌بخش

تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی ایران