Tế bào T là những chiến binh dũng mãnh. Chỉ với một dấu hiệu của một cuộc tấn công — có thể là một bệnh nhiễm trùng hoặc một căn bệnh ung thư mới phát sinh — họ tập hợp lại, gia tăng số lượng và phát động một cuộc phòng thủ toàn diện.

Nhưng họ không phải là bất khả chiến bại. Đôi khi những người lính tế bào trở nên quá hăng hái, tấn công các mô thân thiện. Hoặc hàng phòng thủ của họ bị xóa sổ bởi những kẻ thù đặc biệt nguy hiểm, như HIV và ung thư.

Chúng ta có thể cải thiện - hoặc giảm bớt - lòng nhiệt thành của họ bằng cách chỉnh sửa gen của họ không?

Nhập một loại CRISPR mới. Được biết đến chủ yếu như một công cụ đa năng để cắt, cắt, chỉnh sửa hoặc nói cách khác là cắt xương bánh chè một gen hiện có, phiên bản này - được gọi là CRISPRa - bắt buộc bật gen. Được tối ưu hóa bởi các nhà khoa học tại Viện Gladstone và UC San Francisco, công cụ này được đối trọng bởi CRISPRi— “i” đối với “sự can thiệp”, bạn đoán nó sẽ can thiệp vào biểu hiện của gen.

Mặc dù trước đây đã được sử dụng trong các tế bào bất tử được nuôi trong phòng thí nghiệm, nhưng đây là lần đầu tiên các công cụ CRISPR này được thiết kế lại cho các tế bào chiết xuất từ ​​cơ thể chúng ta. Cùng với nhau, các công cụ đã đồng thời sàng lọc gần 20,000 gen trong tế bào T được phân lập từ con người, xây dựng một bộ dịch gen khổng lồ - từ gen đến chức năng - lập bản đồ cách các gen riêng lẻ ảnh hưởng đến tế bào T.

Kết quả cho ta cái nhìn chưa từng có về các chất bảo vệ cơ thể của chúng ta. Họ cũng vạch ra một lộ trình để thay đổi di truyền các tế bào T, liệu có thúc đẩy hơn nữa các liệu pháp miễn dịch như CAR-T hoặc để giải quyết các rối loạn tự miễn dịch.

“Đây là một bước đột phá thú vị sẽ thúc đẩy quá trình nghiên cứu liệu pháp miễn dịch,” nói Tiến sĩ Alex Marson tại Gladstone, người đã lãnh đạo nghiên cứu. “Các thí nghiệm CRISPRa này tạo ra Viên đá Rosetta để hiểu được gen nào là quan trọng đối với mọi chức năng của tế bào miễn dịch.”

Kho vũ khí miễn dịch

Hệ thống miễn dịch của chúng ta là một tổ hợp quân sự tế bào được phối hợp chặt chẽ.

Cũng giống như lực lượng không quân, hải quân và mặt đất, hệ thống miễn dịch cũng có các đơn vị tế bào chuyên biệt. Ví dụ, tế bào B tiết ra kháng thể - tên lửa tầm xa của cơ thể - chống lại vi rút, vi khuẩn và các mầm bệnh xâm nhập khác. Tế bào tiêu diệt tự nhiên săn lùng tàn nhẫn các tế bào ung thư ngay khi chúng phát sinh (và vâng, đó là tên khoa học của chúng). Vĩ mô là những con brute khổng lồ ăn thịt kẻ thù của họ theo đúng nghĩa đen và nhổ những phần còn lại trong khi cảnh báo các lực lượng khác về một cuộc xâm lược.

Nhưng có thể nói, Tế bào T là trung tâm của lệnh. Những tế bào này, một gia đình có hình dạng và vai trò phân tử khác nhau, phối hợp nhiều khía cạnh của hệ thống miễn dịch. Một số thu thập thông tin tình báo và ghi lại vào sổ cái phân tử của cơ thể để chuẩn bị cho đợt xâm lược tiếp theo. Những người khác ngay lập tức bắn tỉa những kẻ thù đã gặp phải trước đó. Tế bào T cũng có thể kiểm soát và phối hợp nhiều cuộc tấn công cùng một lúc và rất cần thiết để cân bằng khả năng miễn dịch thập kỷ qua.

Vũ khí bí mật của họ? Cytokine.

Cytokine là các phân tử miễn dịch cực nhỏ hoạt động như tên lửa và thiết bị liên lạc. Giống như mã Morse, các loại cytokine khác nhau truyền tải thông tin khác nhau. Tế bào T không phải là nhà sản xuất cytokine duy nhất trong số các tế bào miễn dịch. Nhưng chúng bơm ra các cytokine nghe có vẻ đe dọa như interferon, giúp điều phối một cuộc tấn công thống nhất chống lại những kẻ xâm nhập.

Vấn đề? Những gì chúng ta biết về những tế bào mạnh mẽ này chủ yếu đến từ dữ liệu từ các dòng tế bào bất tử, được chọn lọc cẩn thận để phát triển bên trong đĩa Petri. Nó hơi giống (theo giả thuyết) nghiên cứu zombie để hiểu con người — một số điểm tương đồng, nhưng rất khác nhau về hoạt động sinh học bên trong.

Nhập CRISPRa

Nhóm đặt ra với một mục tiêu đơn giản: hãy khai thác CRISPRa để tìm ra mạng lưới giao tiếp rộng lớn của tế bào T.

CRISPRa là giới thiệu hơn nửa thập kỷ trước như một cách để thúc đẩy, thay vì ức chế, biểu hiện gen. Ở đây, thành phần “cắt kéo” cổ điển của CRISPR bị vô hiệu hóa. Thay vào đó, công cụ này được liên kết với một protein tuyển dụng bộ máy phân tử để kích hoạt gen, và từ đó làm tăng khả năng tạo ra protein của gen mà không cần chỉnh sửa gen đó. Như một đối trọng, các tác giả cũng giới thiệu CRISPRi, công cụ ức chế để kìm hãm sự biểu hiện của gen. Các công cụ này được coi là một tour-de-force để sàng lọc hiệu quả toàn bộ bộ gen của chúng ta với mục tiêu tìm ra các liên kết phân tử dẫn đến sức khỏe hoặc bệnh tật.

Tuy nhiên, mặc dù có hiệu quả trong các tế bào bất tử, nhưng các công cụ, được phân phối với một loại virus đã được trung hòa, không thể đào sâu vào các tế bào người được phân lập từ cơ thể một cách hiệu quả - được gọi là “tế bào sơ cấp”.

Đó là những vấn đề mà nghiên cứu mới đã giải quyết. Đầu tiên, nhóm đã phát triển một công thức sản xuất và phân phối đậu lăng được cải tiến để các công cụ này được tích hợp tốt hơn vào các tế bào T chính của con người. Sau đó là một đặc vụ — Công cụ hòa giải kích hoạt hiệp đồng CRISPRa (SAM)—Điều đó tăng cường biểu hiện gen mục tiêu.

Marson cho biết: “Hiệu quả được cải thiện này trong việc đưa bộ máy CRISPRa hoặc CRISPRi vào tế bào là rất quan trọng để cho phép các thí nghiệm trên toàn bộ bộ gen và đẩy nhanh các khám phá,” Marson nói.

Trong một bằng chứng ban đầu về khái niệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công cụ này trên các tế bào T miễn dịch được phân lập từ hai người hiến tặng là người. Cùng nhau, họ tăng - hoặc giảm - gần 20,000 gen mã hóa cho protein, đặc biệt tập trung vào hai cytokine: IL-2 và IFN-gamma.

Cả hai đều là những nhân tố nặng nề trong hệ thống miễn dịch. IL-2 thường được bơm ra bởi một loại tế bào T. Sứ giả phân tử giúp điều phối các lực lượng quân đội miễn dịch bổ sung và đã được sử dụng để chống lại bệnh tự miễn và ung thư trong các phòng khám. Nhóm nghiên cứu cho biết IFN-gamma gây ra một phản ứng miễn dịch nặng chống lại các mầm bệnh và sự hoạt hóa của nó tương quan với “các phản ứng tích cực của liệu pháp miễn dịch ung thư”.

Số dư là chìa khóa

Hệ thống miễn dịch được điều chỉnh bởi một vũ điệu phối hợp rất phức tạp giữa kích hoạt và ức chế. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào việc tắt các gen. Nhưng để phân tích hệ thống miễn dịch, đó chỉ là một nửa bức tranh.

Tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Zachary Steinhart, cho biết: “Loại bỏ gen là một cách tuyệt vời để hiểu những điều cơ bản về cách các tế bào miễn dịch hoạt động, nhưng cách tiếp cận chỉ loại bỏ có thể bỏ sót việc xác định chính xác một số gen thực sự quan trọng.

Tại đây, nhóm nghiên cứu đã đào sâu. Sử dụng cả CRISPRa và CRISPRi, chúng kích hoạt hoặc ức chế gần 20,000 gen trong tế bào T. Sau đó, họ phân tích những thay đổi kết quả trong các con đường di truyền - “đường dây điện thoại” cho tế bào T biết cách phản ứng với kẻ thù.

Trong một số màn hình, một tập hợp các gen cụ thể đã thay đổi trên diện rộng, cho thấy rằng chúng có thể là các trung tâm chỉ huy rất nhạy cảm đối với hệ thống miễn dịch của chúng ta. Các gen khác đặc biệt một cách đáng ngạc nhiên. Một số chỉ được bật để tạo ra một cytokine cụ thể.

Ghép nối CRISPRa và CRISPRi là một cách đặc biệt hiệu quả để xem xét sinh học. Hãy coi nó như một bộ điều chỉnh độ sáng. Thay vì phương pháp cắt dây CRISPR truyền thống, hai công cụ kết hợp với nhau có thể điều chỉnh hoặc điều chỉnh bất kỳ tổ hợp gen nào một cách thuận nghịch bên trong tế bào người. Trong nghiên cứu này, bằng cách sử dụng CRISPRi, nhóm đã tìm thấy các gen giúp kiểm soát các cytokine, có thể giúp điều trị các rối loạn tự miễn dịch. Đến lượt mình, CRISPRa đã phát hiện ra các nút thắt cổ chai trong bộ máy phân tử cần thiết để kích hoạt các tế bào T và tăng cường khả năng miễn dịch.

Liệu pháp tế bào T nâng cao

Nghiên cứu có thể giúp chúng tôi phát triển vũ khí CAR-T tốt hơn chống lại ung thư và các liệu pháp miễn dịch khác. Marson nói: “Dữ liệu mới của chúng tôi cung cấp cho chúng tôi sách hướng dẫn vô cùng phong phú về tế bào T. “Bây giờ chúng ta có một ngôn ngữ phân tử cơ bản mà chúng ta có thể sử dụng để thiết kế một tế bào T có các đặc tính rất chính xác.”

Nhưng hứa hẹn hơn cả là những gì còn nằm ở bên ngoài. Hai màn hình - tăng hoặc giảm biểu hiện gen trong hàng chục nghìn gen tùy ý - có thể được điều chỉnh để tìm hiểu các rối loạn tự miễn dịch, suy giảm miễn dịch hoặc nhiễm trùng từ các tế bào được hiến tặng của con người.

Nó chắc chắn sẽ là một lợi ích cho các phương pháp điều trị được cá nhân hóa. Như Marson đã nói, “Nhóm của chúng tôi hiện hy vọng sẽ sử dụng sổ tay hướng dẫn mới của mình để tạo ra các chương trình gen tổng hợp có thể được CRISPR thiết kế thành các liệu pháp miễn dịch tế bào thế hệ tiếp theo để điều trị nhiều loại bệnh”.

Ảnh: Sangharsh Lohakare / Unsplash 

Bạn đang tìm cách để đón đầu tốc độ thay đổi? Suy nghĩ lại những gì có thể.  Tham gia nhóm thuần tập độc quyền, được tuyển chọn cao gồm 80 giám đốc điều hành cho Chương trình điều hành hàng đầu (EP) của Singularity, một chương trình chuyển đổi lãnh đạo hoàn toàn nhập vai kéo dài XNUMX ngày nhằm phá vỡ các cách suy nghĩ hiện có. Khám phá một tư duy mới, bộ công cụ và mạng lưới các nhà tương lai đồng nghiệp cam kết tìm kiếm giải pháp cho tốc độ thay đổi nhanh chóng trên thế giới. Nhấn vào đây để tìm hiểu thêm và đăng ký ngay hôm nay!

• Coinsmart. Sàn giao dịch Bitcoin và tiền điện tử tốt nhất Châu Âu.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. TRUY CẬP MIỄN PHÍ.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Dùng thử miễn phí.
• Nguồn: https://singularityhub.com/2022/03/08/crispr-on-off-switch-will-help-uncover-mysteries-of-our-immune-system/