Forskere har laget en mini-sprøyte som kan levere kreftdrepende stoffer, genterapi eller proteiner direkte til menneskeceller på laben.
Vi vet ikke om den vil fungere og være trygg å bruke i mennesker enda, men i så fall kan den bli nyttig.
For eksempel har genredigeringsverktøyet CRISPR et potensial til å behandle alvorlige genetiske sykdommer, som Huntingtons sykdom eller cystisk fibrose.
CRISPR kan designes til å klippe og lime på bestemte plasser i DNA-et. Det er håp om at dette kan brukes for å rette på feil i gener.
Men hvordan få gensaksen inn i celler i kroppen? Det er ikke så lett.
Virus er en mulighet. Nå skisserer forskere en ny mekanisme som kan brukes til å levere stoffer direkte til celler.
Studien er publisert i tidsskriftet Nature.
Stikker hull på cellen
Den finurlige mekanismen kommer fra naturen.
Forskere har tatt utgangspunkt i en «sprøyte» som bakterier sender ut for å sprøyte stoffer inn i insektsceller.
Forskere har redigert sprøyten slik at den isteden kan feste seg på muse- og menneskeceller.
Så har de fylt sprøyten med utvalgte proteiner.
Sprøyten fungerer slik at den fester seg på en celle, stikker hull på cellemembranen og leverer stoffene inn i cellen.
Forskerne kaller det et «programmerbart leveringsverktøy» for proteiner.
Feng Jiang, som er mikrobiolog ved Chinese Academy of Medical Sciences Institute of Pathogen Biology, betegner forskningen som forbløffende.
– Det er et stort gjennombrudd, sier han til tidsskriftet Nature. Han har ikke deltatt i studien.
– Utrolig spennende
Eivind Valen er professor ved Universitetet i Bergen og jobber med CRISPR.
– Dette er en utrolig spennende innovasjon og i likhet med CRISPR hentet fra bakterier. Det er en slags molekylær sprøyte som kan injisere proteiner inn i celler, skriver Valen på e-post til forskning.no.
Han sier at forskerne har gjort to ting. De har funnet ut hvordan man kan injisere de proteinene man selv vil — det gjør man ved å feste en liten tag på proteiner som gjør at de merkes for injisering.
Videre har ulike celler ulike proteiner på overflaten og denne sprøyten gjenkjenner et spesifikt protein og injiserer kun i de cellene som har dette.
– Gruppen har funnet ut hvordan man kan reprogrammere sprøyten til å gjenkjenne spesifikke proteiner på spesifikke menneskeceller.
Valen skriver at hvis det viser seg at dette kan brukes til å levere proteiner til spesifikke celler i kroppen, kan det bli revolusjonerende.
– De viser at man effektivt og spesifikt kan drepe kreftceller for eksempel ved å gjenkjenne proteiner som befinner seg på overflaten av disse.
Bare proteiner
Valen påpeker at sprøyten ikke er et universelt verktøy for å levere alt til celler, det virker kun på proteiner.
– Når det gjelder CRISPR og legemidler, i hvert fall de som ikke er proteiner, fungerer det ikke.
CRISPR består av saksen, som er et protein som kalles Cas9, det har forskerne klart å sprøyte inn. Men de kunne ikke ta med guide-RNAet som trengs for å guide hvor saksen skal klippe.
– Det finnes imidlertid andre systemer for genredigering som er rent proteinbaserte, som Zinc-finger deaminaser som de faktisk testet og viste at fungerer, forteller Valen.
Teamet jobber også med måter for å inkludere guide-RNAet i CRISPR i sprøyten, ifølge Nature.
– Flaskehals
Feng Zhang ved amerikanske Broad Institute er blant forskerne som står bak studien.
Han er kjent som en av pionerene bak CRISPR-teknologien. Han og kollegaene var de første som brukte verktøyet til å redigere dyre- og menneskeceller.
– Levering av terapeutiske molekyler er en stor flaskehals for medisin, og vi vil trenge en bredde med alternativer for å få disse kraftige nye terapiene inn i de riktige cellene i kroppen, sier Zhang i en pressemelding.
Sprøyten forskerne har tatt utgangspunkt i kommer fra bakterien Photorhabdus asymbiotica. Det er en bakterie som lever sammen med en nematode, en type rundorm. Det er mikroskopiske dyr som ser ut som ormer.
Bakterien og rundormen har nytte av hverandre. Rundormen infiserer insekter. Bakterien sender ut sprøyter som fester seg på insektceller, sprøyter inn gift og dreper insektet.
Da kan rundormen spise restene.
– Bakterien kan ses på som en leiesoldat som dreper insektet, sier Joseph Kreitz, som også var med på studien, til Nature.
Fremskyndet med kunstig intelligens
Forskerne fikk god hjelp av en av de nye kunstige intelligensene som er utviklet, nemlig AlphaFold, laget av selskapet Deep Mind.
I 2020 klarte AI-en å løse et 50 år gammelt problem: Den beviste at den kan finne ut hva slags form proteiner har bare ved å vite aminosyresekvensen.
Tidligere var den eneste måten å finne det ut å bruke tidkrevende og kostbare eksperimentelle metoder.
Mini-sprøyten har bein eller «hale-fiber» i bunnen som fester seg til proteiner på utsiden av insektceller, ifølge LiveScience.
Forskerne måtte finne ut hvordan de kunne redigere disse halefibrene slik at de fester seg på andre typer celler. Det var her den kunstige intelligensen kom til nytte. Uten den ville de måtte ha brukt tid på å studere proteinene på atomnivå med avansert utstyr.
– Det kunne ha tatt mange måneder, sier Kreitz til LiveScience.
– Med AlphaFold var vi i stand til å få predikerte strukturer for halefiber-kandidater nesten i sanntid, noe som betydelig akselererte vår innsats for å omprogrammere dette proteinet, sier han.
Drepte kreftceller
Forskerne testet sprøyten på celler fra mus og mennesker på laben.
De fikk sprøyten til å gå etter kreftceller som hadde en bestemt reseptor på utsiden. Nesten 100 prosent av kreftcellene ble drept, men ikke vanlige celler uten reseptoren, ifølge pressemeldingen.
De tilførte genredigreingsverktøy til celler ved hjelp av sprøyten, samt testet den i hjernen til levende mus. Det så ikke ut til å ha negative effekter.
Kreitz understerker til LiveScience at metoden fortsatt er i sin spede begynnelse. Det trengs mer forskning før man kan begynne å bruke verktøyet utenfor laben.
Referanse:
Joseph Kreitz, Mirco J. Friedrich, Akash Guru, Blake Lash, Makoto Saito, Rhiannon K. Macrae & Feng Zhang: «Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system», Nature, 29. mars 2023.
