يتكون دماغ الثدييات من العديد من الخلايا المثبطة والمثيرة والمعدلة المترابطة في دوائر بواسطة تريليونات من نقاط الاشتباكالعصبي 1. يتمثل أحد التحديات الرئيسية لعلم الأعصاب في فك تشفير دور أنواع الخلايا المتميزة في تنظيم ووظيفة دوائر الدماغ والسلوك. يتطلب التلاعب بالخلايا المحددة وراثيا داخل الدماغ طرقا لإدخال الجينات المعدلة وراثيا والتعبير عنها. تعد أنظمة توصيل الجينات القائمة على الفيروس إلى حد بعيد الطريقة الأكثر فعالية وبساطة لتوصيل الجينات إلى الجهاز العصبي المركزي2. تعتمد أنظمة توصيل الفيروسات على تكرار الفيروسات (الفيروسات الغدية والفيروسات المرتبطة بالغدة (AAVs) وفيروسات العدسات والفيروسات القهقرية) التي لديها القدرة على توصيل المعلومات الجينية إلى الخلية المضيفة2،3.
أصبحت النواقل القائمة على AAV الآن واحدة من أكثر الأدوات استخداما لإيصال الجينات المعدلة وراثيا المرغوبة إلى الخلايا داخل الدماغ ، سواء لأغراض أبحاث علم الأعصاب الأساسية أو لتطوير العلاج الجيني للأمراض العصبية. عند مقارنتها بالفيروسات الأخرى ، تمتلك AAVs المعيبة في النسخ المتماثل العديد من الميزات التي تجعلها ناقلات مثالية لهذه الأغراض. والجدير بالذكر أن نواقل AAV تنقل بكفاءة الخلايا غير المنقسمة (المتمايزة نهائيا) مثل الخلايا العصبية والخلايا الدبقية ، مما يؤدي إلى مستويات عالية من التعبير الجينات المعدلة وراثيا في الجسم الحي2. يمكن إنتاج المتجهات بسهولة بعيار وظيفي عال مناسب للاستخدام في الجسم الحي 3،4،5. الأهم من ذلك ، أن توصيل الجينات بوساطة الفيروس المرتبط بالغدة في الجسم الحي لا ينتج عنه تغيرات نسيجية مرضية وسمية مرتبطة بالنواقل6. على عكس نواقل الفيروسات الغدية ، فإن الإدارة في الجسم الحي لنواقل AAV في النماذج الحيوانية عادة لا تثير استجابات مناعية للمضيف ضد الخلايا المنقولة ، مما يتيح التعبير المستقر للجينات المعدلة داخل حمة الدماغ لفترات طويلة من الزمن2،7،8.
سبب آخر لشعبية نواقل AAV هو المجموعة الواسعة من الأنماط المصلية AAV ذات المناطق المدارية الفريدة للأنسجة والخلية9،10،11،12،13،14. تؤدي بروتينات القفيصة المميزة التي يتم التعبير عنها بواسطة أنماط مصلية مختلفة من AAV إلى استخدام مستقبلات مختلفة لسطح الخلية لدخول الخلية ، وبالتالي ، مناطق الاستدارات المحددة10،14.
يتم تحديد استحاء AAV ليس فقط من خلال بروتينات القفيصة ولكن من خلال العديد من العوامل الأخرى14. لقد ثبت أن الأنماط المصلية AAV 1 و 2 و 6 و 7 و 8 و 9 نقلت كل من الخلايا العصبية والخلايا النجمية في الثقافة الأولية15،16 ، لكنها أظهرت انتحاء عصبيا قويا بعد حقن الدماغ داخل المتني17،18. يمكن أن تؤثر الطريقة المستخدمة في تحضير نواقل AAV أيضا على استحاء الخلايا العصبية ، حتى بالنسبة لنفس النمط المصلي. على سبيل المثال ، امتلك AAV8 المنقى CsCl استحاءا نجليا قويا بعد حقن الدماغ داخل المتني ، في حين أن AAV8 المنقى باليوديكسانول ، الذي تم حقنه في ظل ظروف متطابقة ، قام بتحويل الخلايا العصبيةفقط 19. قد يتأثر الانتحاء AAV أيضا بالجرعة المحقونة والحجم14. على سبيل المثال ، أدى العيار العالي rAAV2 / 1 إلى نقل كل من الخلايا العصبية المثيرة والمثبطة القشرية بكفاءة ، لكن استخدام العيارات المنخفضة كشف عن تفضيل قوي لنقل الخلايا العصبية المثبطة القشرية20.
وبالتالي ، لا يمكن تحقيق خصوصية قوية من نوع الخلية بناء على النمط المصلي للقفيصة فقط. يمكن استخدام محفزات محددة من نوع الخلية للتغلب على الانتوائية الطبيعية الواسعة لقفيصة AAV. على سبيل المثال ، يتم استخدام المشبك البشري I لاستهداف الخلايا العصبية21 ، ويمكن لمحفز CaMKII أن يقود التعبير الجيني المعدل في الخلايا العصبية المثيرة الجلوتاماتيرجيك ذات الخصوصيةالعالية 20 ، ويستهدف محفز ppHcrt الخلايا العصبية التي تعبر عن هيبوكريتين (HCRT) في منطقة ما تحت المهاد الجانبية22 ، ويستهدف محفز PRSx8 الخلايا العصبية النورادرينالية والأدرينالية التي تعبر عن الدوبامين بيتا هيدروكسيلاز23 ، ويمكن لمحفز GFAP أن يقود التعبير الخاص بالخلاياالنجمية 24. ومع ذلك ، فإن بعض المحفزات الخاصة بالخلايا لديها نشاط نسخ ضعيف ولا يمكنها دفع مستويات كافية من التعبير الجينيالمعدل 25. علاوة على ذلك ، غالبا ما لا تحتفظ المحفزات القصيرة التي تتناسب مع النواقل الفيروسية AAV بخصوصية نوع الخلية1،26. على سبيل المثال ، لقد ثبت أن بناء CaMKII ينقل أيضا الخلايا العصبية المثبطة12.
إلى جانب خصوصية نوع الخلية (الانتحاء) ، هناك ميزة أخرى مهمة ل AAVs وهي كفاءة التحويل. الأنماط المصلية المختلفة AAV لها خصائص انتشار مختلفة. تنتشر AAV2 وأربعة نواقل فيروسية بسهولة أقل من خلال حمة الدماغ ، وبالتالي ، تتوسط في النقل على مساحة أصغر17،27. لوحظ نقل الخلايا العصبية الأكثر انتشارا مع الأنماط المصلية AAV 1 و 9 و rh.1011،17،18،19،28.
الطريقة الأكثر شيوعا لدفع التعبير عن الجين المعدل المطلوب في منطقة معينة من الدماغ هي حقن ناقل AAV مباشرة في منطقة الدماغ محل الاهتمام (الحمة)3. بعد الحقن داخل المتني ، حتى الأنماط المصلية AAV ذات الانتشار الأكثر فعالية عبر الدماغ عادة ما تنقل منطقة محلية فقط حول موقع الحقن 12. علاوة على ذلك ، فإن الحقن داخل المتني هو إجراء جراحي ويؤدي إلى تلف الأنسجة المجاورة لمنطقة الاهتمام. وبالتالي ، فإن طريقة حقن الفيروسات هذه غير مناسبة لبعض المهام التجريبية. على سبيل المثال ، يعد وضع العلامات المكثفة للخلايا أمرا مرغوبا فيه للغاية في التجارب التي تهدف إلى دراسة وظائف الخلايا العصبية القشرية في التي تتحرك بحرية ، بما في ذلك استخدام الفحص المجهري ذو الفوتون الواحد أو الفوتونين29،30،31،32.
هنا ، نصف تقنية جديدة لحقن الفيروس المرتبط بالغدة تستخدم تسريب الفيروس تحت العنكبوتية لتوفير نقل واسع النطاق للخلايا العصبية القشرية الحديثة في الفئران البالغة والحفاظ على أنسجة المخ للتسجيلات البصرية أو الفيزيولوجية الكهربية اللاحقة للنشاط العصبي. لم تضمن هذه الطريقة نقلا واسع النطاق للخلايا العصبية في طبقات القشرة الحديثة السطحية فحسب ، بل أدت أيضا إلى التعبير عن الجين المعدل في عدد كبير من الخلايا العصبية الهرمية من الطبقة الخامسة ذات الخصوصية العالية حتى عند استخدام محفز قوي غير انتقائي مثل CAG.