فناوری رناپ

اصل مرکزی حیات

حیات در دنیای زنده متکی بر جریان اطلاعات به صورت رمزهای ژنتیکی است. به غیر از دسته ای از ویروس‌ها که ژنومی از جنس پلیمرهای تک رشته‌ای RNA دارند مابقی موجودات زنده تمامی اطلاعات وجودی خود را در ژنومی از جنس پلیمرهای دو رشته‌ای DNA ذخیره دارند. در این موجودات از بخش‌های خاصی از ژنوم با ساختار DNA نسخه‌هایی از پلیمرهای تک رشته‌ای به نام messenger RNA، به اختصار mRNA و به فارسی رِناپ (یا همان آر . ان . ای پیام رسان) با دقتی بسیار بالا نسخه برداری می‌شوند که در نهایت این پلیمرها در سیتوپلاسم سلول‌ها در نقش رمزهای دقیق جهت پروتئین سازی به کار می‌روند. پروتئین‌ها سپس در اشکال و انواع مختلف نقش‌های کلیدی سلول‌ها را ایفا می‌کنند. این روند از رمزهای پایدار ژنتیکی DNA به مولکول‌های مراسلاتی و موقتmRNA  و سپس به مولکول‌های عملکردی پروتئینی را در زیست شناسی اصل مرکزی حیات یا Central Dogma of Biology می‌نامند. بر همین مبنا از هر کدام از این سه نوع پلیمر یعنی DNA و mRNA و پروتئین می‌توان برای پیشگیری از عفونت‌ها یا مداوای بیماری‌ها  استفاده کرد. در میان این سه نوع مولکول جذابیت‌های منحصر به فردی در مولکول‌های رناپ (mRNA)  وجود دارد که در جدول مقابل خلاصه آن آمده است.

رِناپ‌؛ نرم‌افزار سلولی

مولکول  mRNA رِناپ یا همان آر.اِن.آیِ پیامبر به اختصار «رِناپ» در واقع «نرم‌افزار سلولی» است که مزایای منحصربه‌فردی نسبت به سایر ترکیبات زیست‌شناسی دارد. این ترکیب در مقیاس انبوه واجد قابلیت طراحی و تولید سریع، منعطف و ارزان است. جالب‌تر اینکه تمامی رِناپ‌ها خواص فیزیکوشیمیایی نسبتاً یکسانی دارند؛ همگی از جنس رمز هستند و از حیث مولفه‌های دارویی تفاوت قابل‌توجهی بین آنها وجود ندارد. این مزیت، درست در نقطه مقابل پروتئین‌های نوترکیب است که هر کدام از آن‌هایک مولکول پیچیده هستند و باید به صورت منحصربه‌فرد مراحل تولید، کنترل کیفی و فرمولاسیون را طی کنند. تولید هر پروتئین گاهی مستلزم صرف سال‌ها زمان و میلیون‌ها دلار هزینه است افزون بر این امکان ساخت برخی از پروتئین‌ها بنا به عملکرد مبتنی بر ساختار (فولد شوندگی) با دانش امروز  محیا نیست.

 

مولکول mRNA یا رِناپ مولکولی تک‌رشته با نیمه عمری کوتاه است که به عنوان حدواسط ژن‌ها و پروتئین‌ها شناخته می‌شود. این مولکول درون سیتوپلاسم سلول‌ها و به کمک ریبوزوم خوانده می‌شود و پس از آن از چرخه تولید پروتئین حذف می‌شود. تا مادامی که در سیتوپلاسم باقی بماند می‌تواند به مراتب نسخه‌های متعدد پروتئینی را تولید کند. از این‌رو امروزه توجه به این مولکول به منظور استفاده در فرایند‌های تولید دارو و ژن درمانی جلب شده است چرا که در مقایسه با سایر شیوه‌ها از سهولت و کارایی بالایی برخوردار است و از طرفی ایمنی بیشتری در مقابل با شیوه‌های انتقال ژن به روش‌های ویروسی و حتی پپتیدی به داخل سلو‌ل‌ها دارد. 

نسخه‌های رِناپ پس از آن که به کمک حامل‌های خاصی (نظیر نانوذرات لیپیدی) به سلول‌های هدف در داخل بدن منتقل شدند، به‌محض ورود به داخل سیتوپلاسم، توسط ریبوزوم‌ها جهت ساخت پروتئین، در فرایند «ترجمه» قرار می‌گیرند. بدین ‌ترتیب، تولید پروتئین موردنظر در این روش، بسیار سریع بوده و به لحاظ عملکردی کاملاً کارآمد خواهد بود، چراکه طی فرایندهای فولد‌شوندگی سلول هدف تولید شده است. نکته حائز اهمیت در خصوص رِناپ‌های واردشده به سلول، عدم ورورد آنها به ژنوم و نیمه عمر محدود آنهاست که پس از مدت کوتاهی توسط سازوکارهای طبیعی سلولاز بین می‌روند. این مسئله به‌ویژه برای مواردی که نیاز به یک پالس موقت پروتئینی وجود دارد، بسیار حائز اهمیت است.

فناوری رِناپ

واکسن‌های پیشگیرانه

تولید واکسن‌های ضد عوامل میکروبی بیماری‌زا به کمک فناوری رِناپ به این صورت است که رِناپ رمزگردان یکی از پروتئین‌های اختصاصی عامل میکروبی در قالب حامل‌های مناسبی به بدن فرد تزریق می‌شود. رِناپ وارده سپس توسط ماشین پروتئین‌سازی درون سلول به پروتئین میکروبی موردنظر ترجمه می‌شود. پروتئین حاصل، به‌صورت آنتی‌ژن‌های بیگانه به سلول‌های دستگاه ایمنی بدن میزبان که رِناپ را دریافت کرده است عرضه می‌شوند و به‌این‌ترتیب باعث تحریک تولید آنتی‌بادی‌های ضدمیکروبی و القای پاسخ ایمنی اختصاصی علیه عامل بیماری‌زا می‌شود. درصورتی‌که عامل بیماری‌زا ویروسی باشد القای بیان تنها یک پروتئین ویروسی توسط واکسن رِناپ جهت القای پاسخ ایمنی اختصاصی کافی است علاوه بر این نگرانی‌های ناشی تولید ویروس بیماری‌زا و ایجاد عفونت ویروسی در بدن وجود نخواهد داشت. روی‌هم‌رفته، مولکول‌های رِناپ نسل جدید و نویدبخشی از مولکول‌های زیستی هستند که چشم‌انداز روشنی را به روی درمان یا پیشگیری از بیماری‌های مختلف عفونی و غیرعفونی گشوده‌اند.

واکسن شخصی سرطان

برای درمان سرطان‌های خاص می‌توان به صورت شخصی برای هر فرد مبتلا به سرطان واکسن درمانی خاصی را مبتنی بر فناوری رِناپ طراحی و استفاده کرد. mRNA این واکسن‌ها کد کننده نواحی کوچک ژنی است که در توده توموری در مقایسه با بافت‌های سالم از خود جهش ژنتیکی نشان داده‌اند. در صورت تولید پپتیدهای حاوی این جهش‌های ژنتیکی و عرضه آنها در سلول‌های عرضه کننده آنتی‌ژن، ایمنی سلولی فرد بیمار به صورت اختصاصی علیه بافت توموری فعال شده و اقدام به تخریب آن بافت می‌کند. 

ایمونوتراپی

تولید آنتی‌بادی‌های مونوکلونال مورد استفاده در ایمونوتراپی یکی از کاربردهای جذاب فناوری رِناپ است. در صورت ورود mRNA کد کننده دو زنجیره سبک و سنگین آنتی‌بادی‌های مونوکلونال یا حتی آنتی‌بادی‌های مهندسی ژنتیک شده تک زنجیره علیه هر نوع آنتی‌ژن دلخواه با یکبار تزریق، بر خلاف آنتی‌بادی‌های پروتئینی که نیازمند تزریق مکرر هستند، می‌توان برای مدت چند هفته آنتی‌بادی مورد نیاز فرد بیمار را تأمین کرد. همچنین تومورهای سرطانی اصطلاحا سرد (Cold tumors) که به دلیل شرایط درون توموری از طُرق مختلف مانع از فعال شدن سیستم ایمنی بدن شده‌اند را می‌توان با تزریق مستقیم mRNA سایتوکاین‌های فعال کننده ایمنی در داخل بافت توموری به حالت اصطلاحا گرم (Hot tumors) تبدیل کرد تا سیستم ایمنی بدن بیمار خود به پاکسازی بافت‌های توموری بپردازد.

درمان حمله قلبی و زخم‌های دیابتی

به هنگام حمله قلبی بافت ایسکمیک قلب در فقدان اکسیژن و غذا به سرعت تخریب می‌شود. به عنوان یکی از اولین خطوط درمانی، در چنین شرایطی تزریق رِناپ کد کننده هورمون القاء رگزایی (VEGF-A) به داخل بافت آسیب دیده قلب می‌تواند با القاء سریع رگزایی از تخریب بیشتر بافت قلبی جلوگیری کند. این رِناپ‌ها پس از چند روز تجزیه خواهند شد و به این ترتیب میزان القاء رگزایی متناسب با عارضه قابل تنظیم است. از همین روش در القاء رگزایی برای بهبود زخم‌های دیابتی نیز می‌توان بهره جست.

ژن درمانی

 برخی بیماری‌های ژنتیکی هدف مناسبی برای درمان با فناوری رِناپ هستند. از آن جمله می‌توان به بیماری‌های مختلفی که در آنها نقص در یکی از آنزیم‌های کبدی سبب درد و رنج بیمار شده است اشاره کرد. بیماری سیستیک فایبروزیس نیز هدف مناسبی برای درمان با فناوری رِناپ است. در درمان این نوع بیمارها رِناپ کد کننده پروتئین مورد نظر با استفاده از حامل‌های نانولیپیدی به سلول‌های هدف منتقل می‌شود تا پس از القاء پروتئین‌سازی عوارض ناشی از نقص ژنتیکی کاهش پیدا کند. در روشی دیگر می‌توان با تلفیق فناوری رِناپ و فناوری کریسپر (CRISPR) با ویرایش ژنومی نقص ژنتیکی را در سطح ژنوم افراد برطرف نمود.

 
پزشکی بازساختی

علاوه بر موارد فوق، فناوری رِناپ در توسعه سلول‌های بنیادی در پزشکی بازساختی نیز کاربردهای متنوعی دارد؛ استفاده از مولکول‌های mRNA کد کننده انواع فاکتورهای رشد و تمایزی می‌تواند در قالب یک روش کارآمد با حداقل عوارض جانبی در القاء تمایز سلولی و بافتی به صورت In-vivo  وIn-vitro  در درمان بیماری‌های مختلف کمک کننده باشد.