Пристрастие к любому наркотику - будь то алкоголь, табак, опиоиды или запрещенные наркотики, такие как кокаин, - это хроническое заболевание, вызывающее навязчивое поведение при поиске наркотиков, которое людям трудно или невозможно контролировать, даже если они знают о вредных, часто смертельных последствиях.,
Долгосрочное использование изменяет структуру областей мозга, связанных с суждением, стрессом, принятием решений и поведением, что делает все более трудным игнорирование тяги к наркотикам.
Я являюсь научным сотрудником лаборатории Ming Xu в Чикагском университете, где мы изучаем зависимость, с целью найти эффективное лекарство. В статье в Nature Biomedical Engineering мы описываем новый подход, который мы разработали и протестировали, который блокирует поиск кокаина у мышей и фактически защищает их от высоких доз, которые в противном случае были бы смертельными.
Как генная терапия может остановить зависимость?
В печени и крови человека присутствует природный фермент, называемый бутирилхолинэстеразой, который мы сокращенно обозначаем как BChE. Одна из задач этого фермента - расщеплять или метаболизировать кокаин в неактивные, безвредные компоненты. На самом деле, существует даже мутантный человеческий BChE (hBChE), который был генетически модифицирован, чтобы значительно ускорить метаболизм кокаина. Ожидается, что этот супер мутантный фермент станет терапией для лечения кокаиновой зависимости. Однако доставка активного фермента наркоманам путем инъекций и поддержания функционирования этого фермента у живых животных является сложной задачей.
Поэтому вместо того, чтобы давать фермент животным, мы решили создать кожные стволовые клетки, которые несут ген фермента BChE. Таким образом, клетки кожи смогут самостоятельно вырабатывать фермент и снабжать животное.
В нашем исследовании мы впервые использовали технику редактирования генов CRISPR для редактирования стволовых клеток кожи мыши и включения гена hBChE. Эти сконструированные клетки кожи продуцировали постоянные и высокие уровни белка hBChE, которые они затем секретировали. Затем мы вырастили эти инженерные стволовые клетки в лаборатории и создали плоский слой кожи, похожий на ткань, для роста которого потребовалось несколько дней.
Как только выращенная в лаборатории кожа была завершена, мы пересадили ее животным-хозяевам, где клетки высвобождали значительные количества hBChE в кровь в течение более 10 недель.
С помощью генно-инженерного кожного трансплантата, высвобождающего hBChE в кровоток мышей-хозяев, мы предположили, что, если мышь потребляет кокаин, фермент быстро расколотит лекарство, прежде чем он сможет вызвать реакцию привыкания к удовольствию в мозге.
«Иммунизация» против кокаина
Кокаин повышает уровень дофамина в мозге, что приводит к чувству вознаграждения и эйфории, которые вызывают тягу к большему количеству препарата.
Животные, получившие искусственный кожный трансплантат, были способны очищать введенные количества кокаина быстрее, чем контрольные животные. Их мозг также имел более низкий уровень дофамина.
Кроме того, кожные трансплантаты клеток, продуцирующих hBChE, могут эффективно снизить частоту летальных передозировок с 50 процентов до нуля, когда животным вводят высокую, потенциально смертельную дозу кокаина. Когда животным давали смертельную дозу, все контрольные животные умерли, в то время как ни одно из животных, получивших искусственную кожу, не погибло. Как будто фермент, вырабатываемый кожным трансплантатом, иммунизировал мышей от передозировки кокаина.
Затем мы оценили, могут ли клетки, продуцирующие hBChE, защищаться от развития кокаина. Мы использовали мышей, которые были обучены, чтобы показать свое предпочтение кокаину, проводя больше времени в среде, богатой кокаином. При тех же дозах и тренировочных процедурах нормальные животные приобретали предпочтение кокаину, тогда как животные-хозяева с кожным трансплантатом не проявляли такого предпочтения, указывая на то, что кожный трансплантат клеток hBChE эффективно блокирует эффект вознаграждения, вызванный кокаином. Аналогичным образом, hBChE, полученный из кожи, эффективно и специфически препятствует повторному поиску кокаина после 25 дней отмены.
Чтобы проверить, будет ли этот подход генной терапии работать на людях, мы вырастили человеческую кожную ткань из первичных стволовых клеток кожи, которые были генетически отредактированы CRISPR для производства hBChE.
Нас обнадежило то, что инженерные эпидермальные клетки человека продуцировали большие количества hBChE в клетках, культивируемых в лаборатории и у мышей. Это говорит о том, что концепция генной терапии кожи может быть эффективной для лечения злоупотребления кокаином и передозировки у людей в будущем.
Адаптация этого подхода для людей может стать многообещающим способом блокирования зависимости. Но сначала мы должны иметь достаточные доказательства того, что он хорошо работает с небольшим количеством побочных эффектов. Аналогичным образом, разработка клеток кожи с помощью ферментов, которые разлагают алкоголь и никотин, может быть эффективной стратегией для обуздания зависимости и злоупотребления этими двумя препаратами.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Цинъяо Конг, постдокторант кафедры анестезиологии и реаниматологии, Чикагский университет
