प्रकाश-प्रेरित जीन थेरेपी कैंसर कोशिकाओं के ऊर्जा केंद्र को निष्क्रिय कर देती है

एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने केवल कैंसर कोशिकाओं पर शून्य से निर्मित नैनोकणों का उपयोग करके ऊर्जा-विघटनकारी जीन थेरेपी देने के लिए रणनीतियों को संयोजित किया। प्रयोगों से पता चला है कि लक्षित थेरेपी चूहों में सिकुड़ने वाले ग्लियोब्लास्टोमा ब्रेन ट्यूमर और आक्रामक स्तन कैंसर ट्यूमर पर प्रभावी है।

अनुसंधान टीम ने इन सेलुलर ऊर्जा केंद्रों के अंदर माइटोकॉन्ड्रिया नामक संरचनाओं को तोड़ने की एक महत्वपूर्ण चुनौती पर एक ऐसी तकनीक से काबू पा लिया, जो कोशिका के अंदर प्रकाश-सक्रिय विद्युत धाराओं को प्रेरित करती है। उन्होंने इस तकनीक का नाम mLumiOpto रखा।

“हम झिल्ली को बाधित करते हैं, इसलिए माइटोकॉन्ड्रिया ऊर्जा उत्पन्न करने या सिग्नलिंग हब के रूप में काम करने के लिए कार्यात्मक रूप से काम नहीं कर सकता है। इससे डीएनए क्षति के बाद क्रमादेशित कोशिका मृत्यु होती है – हमारी जांच से पता चला है कि ये दो तंत्र शामिल हैं और कैंसर कोशिकाओं को मार देते हैं,” सह-प्रमुख ने कहा लेखक लुफांग झोउ, ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और सर्जरी के प्रोफेसर हैं। “इस तरह तकनीक डिज़ाइन के अनुसार काम करती है।”

झोउ ने सह-प्रमुख लेखक एक्स मार्गरेट लियू, ओहियो राज्य में रासायनिक और जैव-आणविक इंजीनियरिंग के प्रोफेसर के साथ अनुसंधान पर सहयोग किया, जिन्होंने कैंसर कोशिकाओं तक जीन थेरेपी को सटीक रूप से पहुंचाने के लिए उपयोग किए जाने वाले कणों को विकसित किया। झोउ और लियू दोनों ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी कॉम्प्रिहेंसिव कैंसर सेंटर में जांचकर्ता भी हैं।

यह अध्ययन जर्नल के दिसंबर अंक में प्रकाशित हुआ है कैंसर अनुसन्धान.

माइटोकॉन्ड्रिया, ऊर्जा के प्राथमिक उत्पादक जो कोशिका कार्यों को बढ़ावा देते हैं, को वर्षों से एक आकर्षक कैंसर-विरोधी चिकित्सीय लक्ष्य माना जाता है, लेकिन उनकी अभेद्य आंतरिक झिल्ली इन प्रयासों को जटिल बनाती है। झोउ की प्रयोगशाला ने पांच साल पहले यह पता लगाकर कोड को क्रैक किया था कि आंतरिक झिल्ली की भेद्यता का फायदा कैसे उठाया जाए – एक विद्युत चार्ज अंतर जो इसकी संरचना को बरकरार रखता है और ट्रैक पर कार्य करता है।

उन्होंने कहा, “माइटोकॉन्ड्रिया के खिलाफ फार्मास्युटिकल अभिकर्मक का उपयोग करने के पिछले प्रयासों ने कैंसर कोशिकाओं में गतिविधि के विशिष्ट मार्गों को लक्षित किया था।” “हमारा दृष्टिकोण माइटोकॉन्ड्रिया को सीधे लक्षित करता है, कोशिकाओं को मारने वाली प्रक्रिया को सक्रिय करने के लिए बाहरी जीन का उपयोग करता है। यह एक फायदा है, और हमने दिखाया है कि हम विभिन्न प्रकार की कैंसर कोशिकाओं को मारने में बहुत अच्छा परिणाम प्राप्त कर सकते हैं।”

झोउ के पहले के सेल अध्ययनों से पता चला है कि माइटोकॉन्ड्रियल आंतरिक झिल्ली एक प्रोटीन द्वारा बाधित हो सकती है जो विद्युत धाराएं बनाती है, और शोधकर्ताओं ने उस प्रकाश-प्रेरित प्रोटीन को लेजर के साथ सक्रिय किया। इस नए काम में, टीम ने प्रकाश का एक आंतरिक स्रोत बनाया – नैदानिक ​​​​उपयोग के लिए प्रौद्योगिकी का अनुवाद करने की कुंजी।

रणनीति में दो प्रकार के अणुओं के लिए आनुवंशिक जानकारी प्रदान करना शामिल है: एक प्रकाश-संवेदनशील प्रोटीन जिसे CoChR के रूप में जाना जाता है जो सकारात्मक रूप से चार्ज धाराओं का उत्पादन कर सकता है, और एक बायोल्यूमिनसेंस-उत्सर्जक एंजाइम। एक परिवर्तित वायरस कण में पैक किया जाता है और कैंसर कोशिकाओं तक पहुंचाया जाता है, प्रोटीन का उत्पादन होता है क्योंकि उनके जीन माइटोकॉन्ड्रिया में व्यक्त होते हैं। एक विशिष्ट रसायन का अनुवर्ती इंजेक्शन CoChR को सक्रिय करने के लिए एंजाइम के प्रकाश को चालू करता है, जिससे माइटोकॉन्ड्रियल पतन होता है।

लड़ाई का दूसरा हिस्सा यह सुनिश्चित करना है कि यह थेरेपी सामान्य कोशिकाओं में हस्तक्षेप न करे।

लियू की प्रयोगशाला लक्षित कैंसर-रोधी चिकित्सा विकास में माहिर है। इस कार्य में वितरण प्रणाली की नींव अच्छी तरह से विशेषता वाले एडेनो-एसोसिएटेड वायरस (एएवी) है, जो एक न्यूनतम संक्रामक वायरस है जो जीन को ले जाने और चिकित्सीय उद्देश्यों के लिए उनकी अभिव्यक्ति को बढ़ावा देने के लिए इंजीनियर किया गया है।

टीम ने केवल कैंसर कोशिकाओं में CoChR और बायोल्यूमिनसेंट एंजाइम की अभिव्यक्ति को बढ़ाने के लिए एक प्रमोटर प्रोटीन जोड़कर इसकी कैंसर विशिष्टता को बढ़ाने के लिए प्रणाली को परिष्कृत किया। शोधकर्ताओं ने मानव कोशिकाओं का उपयोग करके एएवी का भी निर्माण किया, जो मानव रक्त और जैविक तरल पदार्थों में प्रसारित होने वाले बाह्य कोशिकीय पुटिकाओं जैसे प्राकृतिक नैनोकैरियर के अंदर जीन-पैक वायरस को घेरता है।

लियू ने कहा, “यह निर्माण मानव शरीर में स्थिरता का आश्वासन देता है क्योंकि यह कण मानव कोशिका रेखा से आता है।”

अंत में, शोधकर्ताओं ने कैंसर कोशिका सतहों पर रिसेप्टर्स की तलाश करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक मोनोक्लोनल एंटीबॉडी विकसित किया और डिलीवरी कण से जोड़ा।

“यह मोनोक्लोनल एंटीबॉडी एक विशिष्ट रिसेप्टर की पहचान कर सकता है, इसलिए यह कैंसर कोशिकाओं को ढूंढता है और हमारे चिकित्सीय जीन प्रदान करता है। हमने इस प्रभाव की पुष्टि करने के लिए कई उपकरणों का उपयोग किया,” उसने कहा। “कैंसर-विशिष्ट प्रमोटर और कैंसर-लक्षित नैनोकणों के साथ एएवी के निर्माण के बाद, हमने पाया कि यह थेरेपी कई कैंसर के इलाज के लिए बहुत शक्तिशाली है।”

माउस मॉडल में प्रयोगों से पता चला कि जीन थेरेपी रणनीति ने दो तेजी से बढ़ते, इलाज में मुश्किल कैंसर: ग्लियोब्लास्टोमा मस्तिष्क कैंसर और ट्रिपल नकारात्मक स्तन कैंसर में अनुपचारित जानवरों की तुलना में ट्यूमर के बोझ को काफी कम कर दिया। ट्यूमर को सिकोड़ने के अलावा, उपचार ने ग्लियोब्लास्टोमा वाले चूहों की उत्तरजीविता को बढ़ा दिया।

पशु इमेजिंग अध्ययनों ने यह भी पुष्टि की कि जीन थेरेपी के प्रभाव कैंसर ऊतक तक ही सीमित थे और सामान्य ऊतकों में पता नहीं चल पाते थे। परिणामों ने आगे सुझाव दिया कि मोनोक्लोनल एंटीबॉडी को जोड़ने से ट्यूमर माइक्रोएन्वायरमेंट में कैंसर कोशिकाओं के खिलाफ प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न करने का अतिरिक्त लाभ हुआ।

टीम ग्लियोब्लास्टोमा, ट्रिपल नेगेटिव स्तन कैंसर और अन्य कैंसर में mLumiOpto के अतिरिक्त संभावित चिकित्सीय प्रभावों का अध्ययन कर रही है। ओहियो राज्य ने प्रौद्योगिकियों के लिए एक अनंतिम पेटेंट आवेदन प्रस्तुत किया है।

इस शोध को अमेरिकी रक्षा विभाग और राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान द्वारा समर्थित किया गया था।

लियू की प्रयोगशाला के काई चेन और झोउ की प्रयोगशाला के पैट्रिक अर्न्स्ट अध्ययन के सह-प्रथम लेखक थे। अतिरिक्त सह-लेखक ओहियो राज्य के अनुसुआ सरकार, सेउली किम, यिंगनान सी, तन्वी वरदकर और मैथ्यू रिंगेल थे।