הזרקה תוך-תטית של עכבר שזה עתה נולד לצורך עריכת גנום ואספקת תרופות
8 במרץ 2024
הפרוטוקול הנוכחי מתווה הוראות שלב אחר שלב לביצוע זריקות תוך-תיקליות בעכברים יילודים לצורך עריכת גנים והעברת תרופות.
הקבוצה שלנו מיישמת גישה בין-תחומית הכוללת גילוי גנומי ומידול פונקציונלי לחקר גנטיקה ובסיס אפיגנטי של הפרעה נוירו-התפתחותית. אנו מבצעים אנליזה מולקולרית, נוירופיזיולוגית ונוירו-התנהגותית באמצעות תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי המטופל, או iPSC, בעכברים מוטנטיים כדי לנתח את הפתופיזיולוגיה של הפרעה נוירו-התפתחותית. אנו שואפים לפתח טיפול מבוסס עריכה גנטית למחלה זו.
הזרקה תוך-מוחית, המכונה גם ICV, היא רק שיטה לספק טיפול ישיר למערכת העצבים המרכזית של עכברים ילודים. עם זאת, הוא צריך לחדור דרך קליפת המוח. הזרקת intrathecal, IT, היא הליך נפוץ במרפאות, המשמש אמצעי יעיל לניהול טיפולים ישירות לתוך מערכת העצבים המרכזית.
עם זאת, הזרקה תוך-תאית בגורים בילודים עלולה להציב אתגרים טכניים משמעותיים בשל גודלם הקטן ואופיים השברירי. אנו מנסים לפתח שיטת העברה יעילה ואמינה לבדיקת היעילות והעריכה הגנטית במוח עכבר שאינה ויראלית ואינה ננו-חלקיקית. בהשוואה להזרקת ICV קונבנציונלית, הזרקה תוך תאית מהווה סיכון נמוך משמעותית, שכן היא מונעת את הצורך בחדירה ישירה דרך קליפת המוח.
זה מוסיף יתרון כדי למזער נזק פוטנציאלי לרקמת קליפת המוח האזורית ולעצבים שמסביב. זריקות תוך-תאיות גם מאפשרות להגדיל לפחות פי חמישה את נפח התרופות באמצעות זריקה אחת ומשפרות מאוד את ההיתכנות של מתן חוזר.
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקול מפורט לביצוע הזרקות תוך-תעלתיות (intrathecal) בעכברים רכים, המאפשר עריכה גנטית והחדרה של תרופות ישירות למערכת העצבים המרכזית. הטכניקה נועדה להתגבר על אתגרים הקשורים לאיתם של גורי העכברים ולשפר את מהימנות הטיפול מבלי לגרום לנזק לרקמות הסובבות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- עריכה גנומית
- ביולוגיה התפתחותית
רקע
- הפרעות נוירו-התפתחותיות יכולות להפיק תועלת מעריכה גנטית ממוקדת.
- הזרקות אינטרטקליות (Intrathecal injections) מהוות חלופה פחות פולשנית לשיטות אינטרסרברו-ונטריקולריות (intracerebroventricular).
- ההליך מתאים במיוחד לעכבריו של גיל יילוד בשל גודלם הקטן ושבריריותם.
- שיטות הובלה יעילות הן קריטיות לבחינת יעילותה של עריכה גנטית במודלים של בעלי חיים.
מטרת המחקר
- פיתוח פרוטוקול מהימן למתן טיפולים ישירות אל מערכת העצבים המרכזית.
- שיפור הבטיחות והיעילות של גישות לעריכה גנומית במודלים של עכברים להפרעות התפתחותיות נוירולוגיות.
- בדיקת ההפצה וההשפעות של חומרים מוזרקים לאחר מתן.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- טכניקת הזרקה אינטרהתקלית תוך שימוש בעכברים רכים כמודל ביולוגי.
- נבחנו חומרים כגון פורמולציות של תרופות והכנות של CRISPR-Cas9 להגשה ישירה לעמוד השדרה.
- הדיוק הוא קריטי: נעשה שימוש במזרקים עם נפחים ספציפיים, תוך דרישה לזיהוי אנטומי קפדני.
- שמה דגש על טיפול לאחר ההזרקה ותהליכי התאוששות עבור הגורים.
תוצאות עיקריות
- מסירה והפצה מוצלחות של תמיסות במוח של עכברים רכושניים אושרו לאחר ההזרקה.
- נצפתה ביטוי נרחב של ה-YFP reporter בתגובה לעריכה גנטית לאחר הזרקה אינטרתיקלית.
- השיטה הראתה עלייה משמעותית בנפחים שניתן להחדיר בהשוואה לשיטות מסורתיות.
- סיכון נמוך יותר לפגיעה ברקמות קורטיקליות משפר את דיוק המסירה הגנטית.
מסקנות
- המחקר מדגים טכניקה חדשנית ויעילה להבאת תרופות ועריכה גנטית במודלים של יילודים.
- גישה זו מאפשרת התערבויות בטוחות יותר בחקר הפרעות התפתחותיות נוירולוגיות.
- היא מדגישה את החשיבות של מיקוד אנטומי מדויק לשיפור היעילות של טיפולים במערכת העצבים המרכזית.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למקבלי החלטות
הזרקה תוך-תעלתית (intrathecal) ישירה בעכברים רכובים מאפשרת הובלה מדויקת של כלי עריכה גנטית ותרופות למערכת העצבים המרכזית, ובכך פותרת צוואר בקבוק קריטי בגילוי תרופות נוירו-גנטיות. פרוטוקול זה מפחית חשיפה לאקראית (off-target) ונזק לרקמות, ובכך תומך ברמת ביטחון חיזויית גבוהה יותר בהערכות יעילות ובטיחות בשלבים מוקדמים. סטנדרטיזציה של שיטה זו משפרת את הרצף התרגומי ממודלים פרה-קליניים ליישומים קליניים פוטנציאליים בהפרעות התפתחותיות נוירולוגיות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה תפקודית של מטרות נוירו-גנטיות in vivo תוך הפרעה מינימלית לקורטקס.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי מתן ישיר של רכיבים לעריכה גנטית ותרופות מועמדות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
- מקל על הערכה רחבה של מעורבות המטרה ותוצאות מכניסטיות במודלים ניאונטליים.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מספק מערכת הניתנת לשחזור להערכת תרכובות ותרופות גנים המכוונות למערכת העצבים המרכזית (CNS) בסבירה מבוקרת.
- משפר את סטנדרטיזציית הבדיקה על ידי מזעור השונות הפרוצדורלית ומקסום עקביות ההגשה.
- מאפשר מדידה כמותית של ההפצה והביטוי בעקבות הזרקה למערכת העצבים המרכזית (CNS).
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה שיטות הולכה פרה-קליניות לאסטרטגיות של מתן תוך-תעלתי (intrathecal) קליני להפרעות נוירוגנטיות.
- תומכת בהחלטות קידום מותאמות סיכון באמצעות אספקת נתוני חשיפה מהימנים של ה-CNS במודלים ניאונטליים.
- מסייעת בהערכה של ביומרקרים תרגומיים ותוצאות של ביטוי גנים לטווח ארוך.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
פרוטוקול זה משתלב ברצף מהשלב הגילוי ועד לשלב הפרה-קליני עבור תרפיה המכוונת למערכת העצבים המרכזית (CNS), ובכך הוא מגשר בין מחקרים מכניסטיים מוקדמים למחקר תרגומי.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת בדיקת השערות והבהרה של מסלולים עבור מטרות נוירו-התפתחותיות באמצעות התערבות ישירה במערכת העצבים המרכזית (CNS).
- סינון: מספקת פלטפורמה מתוקפת להערכה הדירה של תרכובות וטיפולים גנטיים ברקמת CNS של יילודים.
- אנליטיקה: תומכת בהערכה כמותית של התפזורת ב-CNS, ביטוי גנים ותוצאות פנוטיפיות לאחר הזרקה.
- מחקר תרגומי: מבטיחה רצף בין מחקרי יעילות פרה-קליניים לבין שיטות הגשה קליניות.
- שימוש חוזר ארגוני: קובעת פרוטוקול סטנדרטי וניתן להרחבה לשימוש חוזר בתוכניות מחקר נוירו-גנטיות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזיוי בפיתוח תרפויטים המכוונים למערכת העצבים המרכזית (CNS) ובתיקוף מטרות.
- ערך תפעולי: משפר את השחזור, הסטנדרטיזציה והסקילביליות של זרימות עבודה להעברת חומרים למערכת העצבים המרכזית בילודים.
- ערך אסטרטגי: משפר את איכות קבלת ההחלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) ומפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים עבור פורטפוליוס נוירוגנטיים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של נכסים המכוונים למערכת העצבים המרכזית בהתאמה לסיכון, על בסיס נתונים פרה-קליניים חסונים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות טכנית בטיפול בניאונטלים ובדיוק במיקום האנטומי.
- מחייב ציוד מיקרו-הזרקה ייעודי ותמיכה בדימוג להבטחת הזרקה מדויקת.
- מצריך הקפדה קפדנית על פרוטוקולי רווחת בעלי חיים וסטנדרטיזציה של ההליך.
- עשוי להצריך התאמה עבור זני מכרסמים שונים או מודלים של בעלי חיים גדולים יותר, בהתאם להבדלים אנטומיים.
- יש לנהל בזהירות את מגבלות הנפח וקצב ההזרקה כדי למנוע השפעות לוואי.
