كريسبر-on-a-chip يمكن أن تكون بمثابة أداة تشخيص السرطان

كريسبر الطفل الأحياء الحديثة ينمو على قدم وساق. وقد نمت من غريب جزءا من نظام المناعة البكتيرية إلى أداة لعلاج الأمراض الوراثية وتحسين الكائنات الدقيقة تحسين الإنتاج الغذائي ومكافحة الآفات. ومنذ ذلك الحين والعلماء وقد اعتمدت هذه الأداة لتحرير الجينات وبدأ استخدامه في خلايا الثدييات ، كريسبر تحصن في أغشية الخلايا. تقنية تحرير الجينات يعمل له السحر ، قطع قطعة من خلل الحمض النووي وإدراج صحي بديل. كل هذه الخطوات عن طريق القص واللصق قطاعات جرت في الخلايا الحية. حتى الآن.

في الأسبوع الماضي في مجلة كريسبر مجلة دراسة نشرت أخيرا تحررت الثلاثاء من زنزانته في السجن. استبدال مكون "الخزانة" كريسبر النسخة البديلة العلماء من معهد تحرير الجينات في ولاية ديلاوير وقد وضعت نظام جديد يسمى كريسبر ، والتي يمكن أن تقطع التعويم الحر الحمض النووي في المختبر.

للمساعدة في تنفيذ رد فعل قارورة مع الخلية مقتطفات: مجموعة من الإنزيمات الحيوية الأخرى عن العمل الثلاثاء.

ما هو الاختراق ؟

التشخيص معجزة

للحصول على كريسبر للعمل خارج القفص قد يبدو غريبا الأكاديمية المهمة ، لكن في تطوير نظام الباحثين يوضع في الاعتبار اثنين من أهداف محددة.

أولا, هذه الأداة تسمح العلماء أن تجعل في وقت واحد متعددة الوراثية بالضربة القاضية ، في حين أن الإصدارات السابقة كانت تقتصر على تحرير الحمض النووي في جين واحد. هذا هو الخبر السار بالنسبة الطب الشخصي ، خاصة تشخيص السرطان ؛ العديد من أنواع السرطان لديهم طفرات في عدة أماكن أن تستجيب إلى العلاج المختلفة بطرق مختلفة.

قبل بداية العلاج والأطباء غالبا ما ترسل عينة خزعة من الورم عن تسلسل الحمض النووي. هذه الخطوة الهامة يساعد على تحديد عدد من الطفرات الجينية التي تؤدي إلى نمو أو تكاثر معين الورم.

مع أداة جديدة ، يمكن للعلماء بدقة تحاكي هذه الطفرات إلى الاصطناعية شظايا الحمض النووي في المختبر ، وإعادة أساسا السرطان في بيئة آمنة وخاضعة للرقابة. وهذا يعطي العلماء الوصول إلى المسارات البيولوجية تتأثر الطفرات ، و يمكن أن تساعد في خلق شخصية استراتيجيات العلاج.

حتى أكثر إثارة للإعجاب ، هذا النوع من التشخيص يمكن أن تعقد في يوم واحد فقط. "وهذا أمر مهم خاصة بالنسبة التشخيص المتعلقة بالسرطان عندما غضون دقائق أو ساعات" ، ويقول مؤلف الدراسة الدكتور إريك Kmiec.

Kmiec لا أول رأيت كريسبر أداة تشخيصية. هذا بالإضافة إلى العلاج الجيني ، كريسبر, يمكن أن تظهر نفسها بقوة في التشخيص ، كان من الواضح منذ فترة طويلة. سابقا, كتبنا عن حقيقة أن مجموعتين من العلماء الذين بفعالية تفترس الفيروسات, زيكا, حمى الضنك أو خطرة سلالات فيروس الورم الحليمي البشري الذي يؤدي إلى سرطان عنق الرحم.

Kmiec يدعي أن له الاختراع يتطلب "كثيرا" أقل من الوقت للتأكد من وجود السرطان خارج الجسم ، وذلك أساسا بسبب القدرة على اتخاذ العديد من الإصدارات في وقت واحد.

إمكانات والربحية كريسبر كأداة تشخيصية ، Kmiec وزملاؤه يبحثون عن شريك تجاري لتطوير التكنولوجيا "كريسبر-on-a-chip" لتشخيص السرطان.

إذا وضعت جانبا الفوري التطبيقات الفريق يأمل أيضا إلى توسيع الإمكانات العلاجية كريسبر إلى مجموعة أوسع بكثير من الأمراض التي تصيب الإنسان. القائمة كريسبر أدوات مثالية لعلاج الأمراض الناجمة عن الطفرات في جين واحد مثل فقر الدم المنجلي أو مرض هنتنغتون. ولكن منذ أن عمل اللجنة الرامية إلى العديد من الجينات في وقت واحد ، فإنه يمكن أن يؤدي إلى علاج الأمراض أكثر تعقيدا المنشأ الجينية العديد من الطفرات في جينات متعددة — إذا كانت هذه الطفرات وتتميز كذلك.

من خلال عدسة

عزلة كريسبر في المختبر له فائدة أخرى: أنه يسمح العلماء أن نفهم بوضوح ما يحدث قبل وأثناء وبعد التحرير. ولأن التجارب السريرية كريسبر بنشاط ، من المهم أن نفهم كيفية جعل التكنولوجيا أكثر دقة و فعالية.

كريسبر حققت بالفعل الكثير ، ولكن الحقيقة المزعجة هي أن العلماء لا تزال غير متأكد من كيفية عمل الأداة في الحصول على القفص. كيف أدوات التفاعل مع الآخرين biocomponents في قفص ؟ كان يقطع فقط الهدف الحمض النووي أو زوج من مقص يمكن أن تذهب هائج في ظروف معينة ؟

"عندما كنت تعمل مع كريسبر في الخلية كنت تعمل في الصندوق الأسود الذي لا يمكن أن نلاحظ الآليات التي تجعل من هذه الأشياء المدهشة" ، ويقول Kmiec. "يمكنك أن ترى النتائج ، أي أن التغيرات في الجينات, ولكن كيف أتيت إلى هذا — ليس بالضرورة, و هذا أمر مهم لضمان سلامة كريسبر لعلاج المرضى."

الحد كريسبر سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية في أنبوب اختبار ، يقترح العلماء طريقة للنظر في مجمع التفاعلات الجزيئية التي تجري خلال شق من الحمض النووي, الجينات استبدال وغيرها من العمليات. نهج حصريا الاختزالية. لكنه يسمح الخلية خالية من نظام العمل مثل Arduino, تجربة مع إمكانيات كريسبر وخلق بيولوجية جديدة من الأدوات التي من الصعب أن نتخيل.

انتحال

معهد تحرير الجينات على الفور تقريبا تواجه مشكلة النامية الخلية خالية.

المشكلة كان الطفل Cas9 ، مقص البروتين الذي يستخدم في كريسبر النظم. عند العلماء المشاركينمع بلازميد الحمض النووي — DNA دائرية ، والتي العلماء غالبا ما تستخدم من أجل توصيل الجينات إلى الخلايا في المختبر ، البروتين كان غير فعال تماما.

اتضح أن Cas9 ، لتحل محلها Cpf1 (الملقب Cas12a) ، عضو آخر من النمو مكتبة Cas البروتينات. افتتح لأول مرة في عام 2015 ، Cpf1 وقد ثبت بالفعل مفيدة في إنشاء الفئران المعدلة وراثيا و تعديل الطفرة التي تسبب ضمور العضلات. منذ وقت ليس ببعيد Cpf1 المستخدمة في النظام DETECTR على مكافحة الفيروسات التي تسبب السرطان. هذا البروتين مستقبل مشرق: الشركة Editas تحرير الجينات مرخص ذلك لمزيد من التنمية في عام 2016.

تبادل عملت. كريسبر النظام Cpf1 حيز التنفيذ في أنبوب اختبار. في العديد من التجارب ، وقد أثبت العلماء أن خلايا النظام يمكن تكرار معظم المراجعات كريسبر يجعل داخل القفص. واللافت مقص عملت قليلا كما Cas9. عندما Cas9 يجعل قطع ، فإنه يترك إيفرجليد "قطع نهايات" على قطع الحمض النووي. هذا يعقد التكليف الجديد قطعة من المادة الوراثية. لأن الغايات هي على نحو سلس جدا ، instrumentation يتطلب دقة محاذاة استبدال كتلة الحمض النووي بحيث تراجع الى المركز.

على العكس من ذلك ، Cpf1 أوراق "لزجة" ينتهي. هذه قطعة من الحمض النووي بمثابة الكتفين ، كما لو كان الشريط دعم اسر بديلا الحمض النووي. ولعل هذا هو السبب Cpf1 يعمل بشكل أفضل من Cas9 في المختبر, ولكن هذا لا يزال يتعين اختبارها.

نظام Kieza — مجرد مثال واحد من مدى المتقدمة كريسبر. كما كريسبر لا تزال تنمو ، المطورين وعد لنا الكثير, حتى أننا لا يمكن أن نتصور.