$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
טיפול גנטי מייצג גישה טרנספורמטיבית לטיפול במחלות גנטיות ונרכשות על ידי הכנסה, החלפה או השתקה של גנים מסוימים לשיקום תפקוד תאי תקין. במהלך שני העשורים האחרונים, התקדמות בהנדסת וקטורים ואסטרטגיות הפצה הרחיבה משמעותית את הנוף הטיפולי של טיפול גנטי. מבין מערכות הווקטור השונות שפותחו, וירוס אדנו-קשור (AAV) הפך לאחת הפלטפורמות המצליחות והנפוצות ביותר בזכות פרופיל הבטיחות המועדף שלו, הטרנסדוקציה היעילה והביטוי הגנטי ארוך הטווח שלו הן בתאים מתחלקים והן בתאים לא מתחלקים 1,2. עד כה, מספר טיפולים מבוססי AAV קיבלו אישור רגולטורי לשימוש קליני, כולל טיפולים בניוון שרירי עמוד השדרה, דיסטרופיות רשתית והמופיליה, מה שמסמן אבני דרך חשובות ברפואה תרגומית3. הטרופיזם הרחב והאימונוגניות הנמוכה של וקטורי AAV אפשרו גם את יישומם במגוון רקמות, כולל הכבד, השריר, מערכת העצבים המרכזיתוהעין. כתוצאה מכך, AAV הפכה לפלטפורמה מובילה להעברת גנים ב-in vivo, התומכת במחקרים פרה-קליניים וקליניים מתמשכים המתמקדים בהפרעות מטבוליות, נוירולוגיות וכלי דם.
למרות הצלחתו הקלינית המרשימה, טיפול גנטי מבוסס AAV מתמודד עם מספר אתגרים מהותיים שממשיכים להגביל את יישומו הרחב. מגבלה מרכזית אחת טמונה בקיבולת האריזה המוגבלת של קפסיד AAV (~4.7 קילובייט), מה שמגביל את השימוש בו להעברת גנים טיפוליים גדולים או מרובים 5,6. בנוסף, ההתפלגות הביולוגית והטרופיזם התאי של וקטורי AAV נקבעים בעיקר על ידי הסרוטיפים שלהם, שכל אחד מהם מפגין זיקות ייחודיות לרקמות ספציפיות. למרות שאסטרטגיות הנדסת קפסידים והצגת פפטידים נרחבות שימשו לשיפור יעילות המיקוד והטרנסדוקציה של הרקמות, השגת טרופיזם מדויק וניתן לחיזוי בהקשרים ביולוגיים מגוונים נותרה מכשול משמעותי7. מגבלה קריטית נוספת היא השכיחות של נוגדנים מנטרלים קיימים (NAbs) נגד סרוטיפים טבעיים של AAV באוכלוסייה האנושית. אפילו רמות נמוכות של NAbs יכולות להפחית משמעותית את יעילות הטרנסדוקציה הווקטורית, להגביל את זכאות המטופל ולסבך מינון חוזר 8,9. אסטרטגיות שונות, כגון עיצוב מחדש של קפסיד רציונלי, משטרים מדכאי חיסון והחלפת פלזמה חולפת, נבדקו כדי להקל על ניטרול נוגדנים 10,11, אך גישות אלו מציעות הקלה חלקית או חולפת בלבד. ביחד, מגבלות אלו מפחיתות את היעילות הטיפולית הכוללת ואת השחזור של העברת גנים בתיווך AAV בסביבות קליניות.
בשנים האחרונות, נבחן AAV OVER-VESIKOLE (EV-AAV) חוץ-תאית כחלופה עם פוטנציאל להתגבר על מספר מגבלות מרכזיות של AAV קונבנציונליים 12,13,14,15. במהלך אריזת וקטור, חלק מחלקיקי AAV יכולים להפריש דרך מסלולי נדידה וזיקולריים ולהיסגר בתוך ווסיקולות חוץ-תאיות. תהליך זה נחשב למעורב בחלבון עזר מקושר ממברנה (MAAP) המקודד על ידי AAV, שמקל על יציאת וירוס ומקדם אסוציאציה לממברנה16,17. חלקיקי EV-AAV שנוצרו מציגים יעילות משופרת בטרנסדוקציה ועמידות מוגברת לנוגדנים מנטרלים בהשוואה ל-AAV קונבנציונלי, בעיקר בזכות ממברנת הוזיקולרית שמקדמת קליטה תאית ומספקת הגנה חלקית מזיהוי נוגדנים18. עם זאת, למרות היתרונות הללו, ייצור EV-AAV נותר לא יעיל. בדרך כלל, רק חלק קטן מהגנומים הווקטוריים (כ-0.5%-12%) מופרשים לתוך מדיום התרבית כ-AAV הקשורים ל-EV, בעוד שרובם נשארים תוך-תאיים או קיימים כ-AAV חופשיים12,13. כתוצאה מכך, נדרשת ייצור בקנה מידה גדול כדי להשיג תפוקת וקטורים מספקת. יתרה מזאת, ייצור EV-AAV הוכח בעיקר באמצעות תאי יצרן HEK293T, כאשר הרכבים החשמליים שלהם עשויים להראות ניקוי כבדי מהיר, מחצית חיים קצרה במחזור הדם, וחששות פוטנציאליים לבטיחות ביולוגית. מגבלות אלו מדגישות את הצורך באסטרטגיית עטיפת ממברנה יעילה ומותאמת אישית, המניעה את פיתוח פלטפורמת AAV עטופה בממברנת התא (CME-AAV) שהוצגה במחקר זה.
תאי גזע מזנכימליים (MSCs) ותאי הגזע החשמליים שלהם נחקרו בהרחבה בשל פוטנציאל ההתחדשות שלהם ותכונותיהם התחמקות ממערכת החיסון. מעבר לטיפולים המבוססים על תאים או EVs מופרשים באופן טבעי, מחקרים עדכניים הראו גישה חלופית לשיפור אספקת התרופות באמצעות ננו-חלקיקים המוסווים בממברנות MSC 19,20,21. ציפוי ממברנת ה-MSC מעניק יכולת מיקוד פעילה, מפחית את הפינוי החיסוני ומאריך את זמן המחזור, שהשפעותיו ככל הנראה מיוחסות להרכב המולקולרי הפנימי של ממברנות שמקורן ב-MSC22,23. בהתבסס על רעיון זה, השתמשנו בחומר ממברנה שמקורו ב-MSC כדי לבנות ננווסיקולה עטופה בממרום התא (CME-AAV) להעברת גנים. לשם כך, מקטעי ממברנת MSC מטוהרים עורבבו עם חלקיקי AAV רקומביננטיים ועברו תהליך אקסטרוזיה מבוקר, טכניקה שנקבעה במקור לייצור ליפוזומים24,25. באמצעות אקסטרוזיה מוגדרת לגודל, רכיבי הממברנה מתאספים באופן ספונטני לוסיקולות בקנה מידה ננומטרי המכילים חלקיקי AAV. ה-CME-AAVs שהתקבלו טוהרו עוד יותר מ-AAV חופשי וללא מעטפת באמצעות צנטריפוגה מבוססת גרדיאנט צפיפות. אסטרטגיה זו מאפשרת הכנה יעילה וניתנת לשחזור של וקטורי AAV עטופים בממברנה, המפגינים יעילות העברה משופרת בהשוואה ל-AAVs קונבנציונליים ושומרים על עמידות דומה לנוגדנים מנטרלים כמו EV-AAVs. על ידי החלפת טרנסגנים שונים, פלטפורמת CME-AAV מחזיקה בפוטנציאל רחב לטיפול במחלות גנטיות ונרכשות שונות.