وقد برز العلاج الوراثي كأسلوب تحولي لمعالجة طائفة واسعة من الأمراض الموروثة والمكتسبة عن طريق تصحيح أو استبدال الجينات العيبية على المستوى الجزيئي، وقد أصبح نجاح هذه الاستراتيجية العلاجية يعتمد إلى حد كبير على المركبات المستخدمة في تسليم المواد الوراثية العلاجية إلى خلايا مستهدفة، ومن بين هذه العوامل، فإن التصاميم الفيروسية - التي أعيد استخدامها كنظم تسليم - قد أصبحت أدوات للعلاج الطبي المسببة للاختلالات.

وتشمل هندسة الحشرات الآن طائفة واسعة من الاستراتيجيات، بدءا بتعديل الأسرى لتعزيز التروبية الخلوية، وانتهاء بتصميم عناصر وراثية جديدة تكفل التعبير الدائم والمنظم عن الاختراق، وهذه الابتكارات لا تؤدي فقط إلى تحسين فعالية العلاجات الحالية بل تتيح أيضا تطبيقات في علم الأورام، وعلم الأعصاب، وعلم الأورام، واضطرابات الأيض، وفي هذه المادة، نقدم لمحة عامة شاملة عن التصاميم السريرية الواعدة.

منابر الوصل الفيروسي: لمحة عامة مقارنة

وقد تم تطوير عدة منابر ناقلات فيروسية، كل منها له خصائص بيولوجية متميزة تجعلها مناسبة لمختلف السياقات العلاجية، أما الطبقات الثلاث الأكثر استخداما فهي ناقلات مبتكرة (AdVs)، وناقلات فيروسية مرتبطة بالدين، وناقلات نسيجية، وناقلات سائلية، ورابع، يستند إلى تطبيقات مكسبية بسيطة.

  • ] Adenoviral Vectors (AdVs) - هذه النواقل توفر كفاءة عالية في نقل الخلايا المنقسمة وغير المقسمة على حد سواء ويمكن أن تستوعب متغيرات كبيرة نسبيا )حتى ٨ كيلو مترات( - إن الحد الرئيسي لهذه الأمراض هو عدم التجانس الشديد؛ وهناك العديد من البشر لديهم نسخ مضادة للسرطانات متعددة الأبعاد ضد الأنواع الأخرى المشتركة.
  • () Adeno — Asociated Virus (AAV) Vectors) - AAVs are the most popular platform for in vivo gene treatment due to their very low immunogenicity, lack of pathogenicity, and ability to achieve longterm transgene expression in non-dividing cells. Multiple natural and engineered serotype
  • () محركات الاختراع العنيفة (LVs) ] - مستمدة من فيروس نقص المناعة البشرية/الإيدز 1، تدمج المركبات الوراثية في الجينوم المضيف، مما يتيح التعبير المستقر والطويل الأجل في الخلايا المقسمة، ويمكن أن يغنى عنها خلايا التجزئة وغير المقسمة، وأن تكون لديها قدرة على الشحن تبلغ نحو 8-10 كيلو مترات من الشواغل المتعلقة بالسلامة
  • (ه) محركات الصواريخ ذات المقياس العالي (HSV) - النواقل ذات المقياس العالي جداً ملحوظة بالنسبة لقدرتها الكبيرة جداً على الشحن (~30 كيلوب) والطبيعة العصبية - وهي تتطور حالياً بسبب الاضطرابات العصبية (مثل الألم، ومرض باركنسون) وكمواد مكنت من النقل البحري في الآونة الأخيرة.

ولا يزال كل من هذه البرامج يتم صقلها من خلال الهندسة المكثفة وتصميم المروج وتحسين عمليات التصنيع، وتمثل ناقلات الهجين الناشئة التي تجمع بين خصائص مختلف أسر الفيروسات حدودا مثيرة للغاية في تصميم ناقلات الأمراض.

الابتكارات الأخيرة في تصميم ناقلات الأمراض

وخلال السنوات الخمس الماضية، حولت موجة من الاستراتيجيات الهندسية المبتكرة ناقلات الفيروسات من أداة واحدة من أدوات متعددة الجوانب إلى نظم إيصال ذات ملاءمة عالية، وتندرج هذه الابتكارات عموما في ثلاث فئات: الهندسة المستديمة لتحسين الاستهداف والتهرب من المأمن، والشحنات الوراثية إلى أقصى حد ممكن لتعزيز وتنظيم التعبير، واستحداث أجهزة متجانسة واصطناعية جديدة.

الهندسة المأخوذة من الرصاص

والسربة الفيروسية هي العامل الرئيسي في التروبية الخلوية واللاتجانس، وبتعديل البروتينات المكبسبة، يمكن للباحثين إعادة توجيه ناقلات إلى أنواع معينة من الخلايا، والحد من الاعتراف بإبطال مفعول الأجسام المضادة، وتحسين كفاءة التحويل، وهناك نهجان رئيسيان هما التصميم الرشيد والتطور الموجه.

(أ) تشمل التصميمات الشعاعية إدخال طفرة محددة أو إدخالات من البتيدي في مواقع محددة على سطح الأغطية، وبالنسبة للأشعة فوق البنفسجية، فإن أكثر النقاط الهندسية شيوعاً هي مناطق متغيرة (VRs) على الوحدة الفرعية للأشعة فوق البنفسجية V----F-I-FLT:1].

(أ) تطور متطور بشكل فعال () يُعد اختياراً طبيعياً لتوليد كبسولات مع ممتلكات جديدة، كما أن هناك العديد من أنواع المخلفات الصلبة التي تُنتج عن التهاب عشوائي أو تزييف الحمض النووي، وتُكشف عن ذلك بضغط انتقائي - على سبيل المثال، الحقن في فأرة تُتلوها استعادة ناقلات تُستخدم في نسيج معدي.

ولا يقتصر تعديل الكبسولة على الأنبوب المائي، إذ يمكن تحويل الحلقات " الهكسونية " إلى تغيير التروبية، كما أن هندسة الألياف المنوية قد استخدمت لإخراج الكبد وإعادة توجيه ناقلات إلى خلايا الأورام، وبالنسبة للمصابين بالليتيفيروسات العضلية، فإن هندسة الخيوطية تستخدم في إزالة الغسيل العضلي من فيروسات الأخرى (مثلا).

ذاتي الكمال ومين - جين فيكتورز

والخطوة المقيدة في أسعار ناقلات مضادة للمركبات ذاتية السعة الواحدة هي التحول من حمض نووي واحد إلى ثنائي الصلصال قبل أن يبدأ التعبير عن الاختراع، والناقلات ذاتية التكملة، والتراكم الذاتي، والتكتل في هذا المجال عن طريق تعبئة جينوم مزدوج يطوي في كثير من الأحيان على هيكل مصفف، ويلغي الحاجة إلى تركيبة أسرع من ثاني أكسيد الكربون.

ولمعالجة الحد من الحجم، تحول الباحثون إلى تصميمات صغيرة من حيث نوع الجنس ونهج موزعة عبر الزمن، فعلى سبيل المثال، تم تخفيض الجين الديستروفين الكبير (2.4 مليون) إلى " ميدروستروبين " وظيفي (نحو 4 كيلوب) يلائم كبسولة واحدة من الأشعة فوق البنفسجية، حيث تقسم أجهزة نقل الوصل إلى خلايا كبيرة عبر نموذجين من الطراز الأولي.

ناقلات الهجينات والزبيبات

ويجمع الناقطات الهجينة بين عناصر من مختلف الأسر الفيروسية لتسخير المزايا التآزرية، ومن الأمثلة البارزة نظام التعبئة المتينة AAV - المتينوفيروس، الذي تُنعش فيه أجهزة إعادة التردد المُستخدمة في محطات طرفية مُجدد، ويستخدم هذا التصميم قدرة كبيرة على التغليف لنقل مُعدّل، ولكن عند الاختراق، يُستخدم لقاح مُثبت.

وهناك فئة أخرى من أجهزة الاستنشاق هيدروجينية تقوم على أساس النواة البلاستيكية التي تُعدّل بالمظاريف الهندسية من المثقفين أو المسيلين، ويمكن لهذه النماذج أن تُضفي مقاومة على المكمل البشري وتستهدف أجهزة استقبال محددة في الخلايا الدهنية أو خلايا الورم.

وتمتد ناقلات الأمراض الوبائية أيضاً إلى نهج البيولوجيا الاصطناعية، حيث تجمع الجسيمات المشابهة للفيروسات من بروتينات كبسولة متقاربة (دون جينوم الفيروسي الأصلي) وتُحمَّل باللقاح المضاد للفيروسات الرجعية أو الحمض النووي الصبغي، وتفتقر هذه المركبات إلى جميع الجينات الفيروسية الأصلية، وتخفض بشدة الشواغل المتعلقة بالسلامة، ويمكن إنتاجها في منابر قابلة للتك.

المروجين والكاريغو

فبعد الحد الأقصى للحمولة الوراثية نفسها توفر مجالاً كبيراً للابتكار، ويمكن للمروجين ذوي الخلايا المحددة أن يقيدوا التعبير عن النسيج المستهدف، ويقللون من السمية المطلقة، مثلاً، فإن المروجين المغنّيين الذين يُعدون من حيث النسيج لا يُعرفون إلا في الأعصاب، بينما يقيّد مروجوئي الألب التعبير عن الجرعات().

وتشمل هندسة التحول أيضاً الترميز الأمثل للتعبير عن البشر، وإدراج مواقع مستهدفة للشبكة لتحلل المجندين في خلايا غير مستهدفة، واستخدام عناصر تنظيمية مثل برنامج " WPRE " (Woodchuck Hepatitis Virus Post-------enscriptional Regulatory Element) لتعزيز استقرار نظام تقييم الاحتياجات البشرية، وفيما يتعلق بأجهزة معالجة الفيروسات، فإن عناصر التلقيح (مثلاً تمنع من إدخالها)

وأخيراً، فإن استخدام البتيدات ذاتية التنظيف (مثل البذورتينات) أو مواقع الدخول الفوقية الداخلية يتيح معاً الكشف عن بروتينات علاجية متعددة من مخطوطة واحدة، وهي مفيدة بصفة خاصة في العلاجات المتعددة الأجناس مثل تركيبات CAR-T أو في الجمع بين مادة العلاج النفسي مع مراسلة في مجال التلقيح الفيزيائي.

التغلب على التحديات الرئيسية في تصميم ناقلات الفيروسات العكوسة

ورغم التقدم الملحوظ، لا تزال هناك عقبات عديدة قبل أن تصبح العلاجات الجينية القائمة على النواقل الفيروسية خيارات سريرية روتينية.

الردود العينية

وتؤثر مضادات الفيروسات العكوسة والخروط المسببة للاختلالات على جزء كبير من السكان، مما يحد من أهلية المرضى ويقلل من الكفاءة، وتهدف هندسة الكبسولة إلى إيجاد متغيرات " متفاوتة من حيث المناعة " لا تعترف بها الأجسام المضادة للعضلات، إما عن طريق حماية الأصفاد بأصفاد الجليدية أو عن طريق متغيرات التكييف.

القدرة على التعبئة

ويتمتع جميع النواقل الحالية بحد أقصى للشحنات، وهو ما يستبعد الكثير من الناموسيات المعالجة المعالجة الكاملة، كما أن نظم الناموسيات ذات الألف والمركبات الثلاثة تعمل في نماذج الحيوانات ولكنها أقل كفاءة، وتتطلب جرعات عالية وتخاطر بعدم الكفاءة، ويمكن استخدام التكامل بين الفينات في الجينات الأكبر، ولكن لا تزال هناك شواغل تتعلق بالسلامة فيما يتعلق بالتكامل.

التصنيع والتقسيم

وتُنتج أجهزة الاستنشاق بالفيروسات العيادية باهظة التكلفة ومطلوبة تقنياً، وتفسح عمليات الثقافة الخلوية الملتزمة الطريق أمام ثقافات التعليق، ولكن المحاصيل تظل أقل من اللازم في مجال التنفيذ المنهجي للجرعات العالية، ويعاني إنتاج الأشعة فوق البنفسجية بوجه خاص من انخفاض نسب الأسر إلى الدخل (أكسيدات فارغة) وتُعدّل مستويات التبنّيّة العالية.

الآثار غير المستهدفة والتركي غير المتعمد

ويمكن أن يؤدي إدماج ناقلات (الفيروسات، والفيروسات الرجعية) إلى تعطيل جينات البيوت أو تنشيط المسببات إذا ما ادمجت داخل أو بالقرب من مسببات التكوين، وقد أدى تحسين عمليات التصليح ذاتياً واستخدام عناصر الكيماويات المسببة للتآكل إلى انخفاض هذا الخطر، ولكن دون القضاء عليه، أما بالنسبة للناظرات التي لا تزال موجودة أساساً في الظواهر السطحية والنادرة للتكامل فلا تزال يمكن أن تحدث بعد ذلك.

التطبيقات السريرية والتوجيهات المستقبلية

أما أوجه التقدم المذكورة أعلاه فهي ليست أكاديمية فحسب، بل إنها تترجم إلى منافع سريرية ملموسة، كما أن العلاجات الجيني المعتمدة للآفات في مجال الأمراض التناسلية (زولغنسما)، والمرض الرجعي الموروث (لكسينتا)، والهيمنية باء (هيمغنيكس) قد حددت المرحلة.

وتخضع ناقلات الجيل القادم الآن لمحاكمات سريرية مع تحسين الممتلكات، فعلى سبيل المثال، يجري تقييم متغيرات AAV - LK03 (التي تستهدف نزيف البشر بدرجة عالية من الكفاءة) للإصابة بالهيفوليا ألف. وهناك شركات عديدة تجري اختبارات للأورام المبردة من حيث المناعة من أجل تكرار الحمل.

وفي المستقبل، فإن تقارب هندسة ناقلات الفيروسات العكوسة بأدوات تحرير الجينات (CRISPR/Cas9, base editors, prime editors) سيخلق علاجات أكثر دقة، ويمكن أن يؤدي التسليم العابر لمكونات CRISPR عبر AAV أو التكامل مع اللافيفات التي لا تتغير بشكل دائم، حيث يمكن وضع صور مصورة للفيروسات الاصطناعية المصممة بالكامل،

وعلاوة على ذلك، فإن أوجه التقدم في البيولوجيا والتعلم الآلي في الحاسوب تساعد على التنبؤ بالتفاعلات بين الكائنات الحية ذات الغطاء النباتي، وعلى الاستخدام الأمثل للكولونات، وعلى تصميم مروجين يستجيبون لولايات الأمراض، وفي العقد المقبل، يمكننا أن نتوقع أن نرى مكتبات ناقلات فيروسية مثبتة وآمنة وملموسة تحديداً يمكن اختيارها استناداً إلى النسيج المستهدف والسياق المرضي، مما يقلل إلى حد كبير من مرحلة النش إلى السرير.

خاتمة

إن تصميم النواقل الفيروسية قد شهد نهضة، حيث أن استراتيجيات هندسية جديدة قوية تتيح توفير جينات أكثر أمانا وكفاءة وأكثر تنوعا، ومن التطور الموجه للمجموعات إلى الشياطين الاصطناعية، ومن ضمنها مجموعة الأدوات المتاحة لباحثي العلاج الجيني والمستوصفات التي لم تكن في السابق أكثر ثراء، ومن التحديات المتصلة بالحصانة، وحجم الشحن، والتصنيع، إلى حد ما كان من ابتكار مستمر، إلى جانب الاستثمار القوي من جانب الصناعة الصيدلانة.

References and Further Reading]

  • Dunbar, C. E., et al. (2018). Gene treatment comes of age. Science, 359(6372), eaan4672. ]DOI: 10.1126/science.aan4672
  • Naso, M. F., et al. (2017). Adeno — highlyassociated virus (AAAV) as a vector for gene treatment. BioDrugs, 31(4), 317‐334. ]DOI: 10.1007/s40259-017-0234-5
  • Kotterman, M. A., " Schaffer, D. V. (2014). Engineering adeno-associated viruses for clinical gene treatment. Nature Reviews Genetics, 15(7), 445 — ]DOI: 10.1038/nrg3742]
  • Naldini, L. (2015) Gene treatment returns to centre stage. Nature, 526(7573), 351 —]DOI: 10.1038/nature15818