Использование генно-модифицированных клеток в современной биологии и медицине
Генно-модифицированные клетки являются важным инструментом исследований в биологии и медицине. Их создание позволяет изучать молекулярные механизмы различных процессов, моделировать заболевания человека, разрабатывать новые подходы к лечению и внедрять инновационные биотехнологии. Современные методы редактирования генома, такие как CRISPR/Cas9, обеспечивают высокую точность и эффективность модификаций, что делает генномодифицированные клетки неотъемлемой частью передовой науки.
Процесс создания генно-модифицированных клеток начинается с выбора целевого гена, который необходимо модифицировать. Для редактирования используют различные инструменты, такие как CRISPR/Cas9, TALEN или ZFN, которые гидролизуют ДНК в определенной точке. Затем в клетку доставляется матрица для исправления или замены целевого участка ДНК [doi.org/10.1126/science.1225829]. Одним из наиболее перспективных направлений представляется использование технологий CRISPR/Cas. Этот механизм основан на естественной системе защиты бактерий от вирусов, но в руках исследователей он стал мощным инструментом для редактирования генома клеток. Он позволяет производить любые манипуляции от изменения последовательностей до нокаута отдельных генов [doi.org/10.1038/s41580-019-0131-5].
Особым инструментом для трансгенеза является транспозон Sleeping Beauty (SB) (рис. 1). Он представляет собой синтетически созданную систему, основанную на транспозонах из семейства Tc1/Mariner, и на сегодняшний день является одним из наиболее перспективных инструментов для доставки и стабильной интеграции генетического материала в геном клеток млекопитающих. Sleeping Beauty получил широкое распространение благодаря своей простой структуре, высокой эффективности и низкому риску нежелательных генетических эффектов, таких как интеграция в критические гены.
Процесс создания генно-модифицированных клеток начинается с выбора целевого гена, который необходимо модифицировать. Для редактирования используют различные инструменты, такие как CRISPR/Cas9, TALEN или ZFN, которые гидролизуют ДНК в определенной точке. Затем в клетку доставляется матрица для исправления или замены целевого участка ДНК [doi.org/10.1126/science.1225829]. Одним из наиболее перспективных направлений представляется использование технологий CRISPR/Cas. Этот механизм основан на естественной системе защиты бактерий от вирусов, но в руках исследователей он стал мощным инструментом для редактирования генома клеток. Он позволяет производить любые манипуляции от изменения последовательностей до нокаута отдельных генов [doi.org/10.1038/s41580-019-0131-5].
Особым инструментом для трансгенеза является транспозон Sleeping Beauty (SB) (рис. 1). Он представляет собой синтетически созданную систему, основанную на транспозонах из семейства Tc1/Mariner, и на сегодняшний день является одним из наиболее перспективных инструментов для доставки и стабильной интеграции генетического материала в геном клеток млекопитающих. Sleeping Beauty получил широкое распространение благодаря своей простой структуре, высокой эффективности и низкому риску нежелательных генетических эффектов, таких как интеграция в критические гены.
Рисунок 1. Система транспозона Sleeping Beauty. (A) Структура транспозона Sleeping Beauty. Ген транспозазы (фиолетовый прямоугольник) окружён инвертированными повторами (IR, чёрные стрелки), которые содержат сайты связывания транспозазы (белые стрелки). Транспозаза состоит из ДНК-связывающего домена (DNA-binding) на N-конце, сигнала ядерной локализации (NLS) и каталитического домена (catalysis). (Б) Генно-инженерная система векторов Sleeping Beauty. Ген транспозазы может быть заменён целевым геном (жёлтый прямоугольник, gene of interest) между инвертированных повторов. Ген транспозазы экспрессируется в отдельной плазмиде, несущей промотор (чёрная стрелка) [doi.org/10.2174/156652306778520647].
Технологии на основе SB широко используются в генной терапии, клеточной инженерии, а также в развитии персонализированной медицины. Например, SB помогает в редактировании Т-клеток с целью создания CAR-T-клеток для лечения рака, заменяя использование вирусных векторов, которые могут быть потенциально небезопасными. Кроме того, транспозон SB активно применяется для коррекции мутаций, лежащих в основе генетических заболеваний, а также для создания моделей заболеваний в исследовательских целях [doi.org/10.2174/156652306778520647].
Применение генно-модифицированных клеток
Моделирование заболеваний и изучение молекулярных механизмов
Одним из важнейших применений генномодифицированных клеток является создание моделей заболеваний человека. Например, можно модифицировать клетки так, чтобы они имитировали патологии, связанные с определенными генетическими мутациями, такими как муковисцидоз, болезнь Альцгеймера или рак [doi.org/10.1016/j.tibtech.2011.04.009]. Это позволяет изучать эти заболевания in vitro и разрабатывать новые методы лечения.
Генотерапия
Геномодифицированные клетки также используются в терапии заболеваний. Наиболее ярким примером является CAR-T терапия рака. Этот метод заключается в генетической модификации Т-лимфоцитов пациента так, чтобы они экспрессировали химерные антигенные рецепторы (CAR), способные распознавать и уничтожать раковые клетки. Этот подход дал отличные результаты при лечении определенных форм лейкемии и лимфомы [doi.org/10.1126/science.aar6711].
Биофармацевтика
Генно-модифицированные клетки широко применяются при производстве биопрепаратов. Например, модифицированные CHO-клетки активно используются для производства антител и других белковых препаратов, которые применяются для лечения таких заболеваний, как рак и ревматоидный артрит.
Регенеративная медицина и создание органоидов
Еще одним перспективным направлением является использование генномодифицированных клеток для регенеративной медицины. Например, создание органоидов — миниатюрных искусственных органов, которые реплицируют структуру и функции настоящих, стало возможным благодаря модификации стволовых клеток. Это открывает путь к созданию персонализированных моделей заболеваний и изучению индивидуальных реакций на лекарства [doi.org/10.1016/j.cell.2016.05.082].
Генно-модифицированные клетки стали основой многих научных достижений последних десятилетий. Их применяют в широком спектре работ от фундаментальных исследований до разработки новых схем лечения и производства фармацевтических препаратов. В будущем данные разработки, очевидно, сыграют ключевую роль в лечении неизлечимых на данный момент заболеваний и создании подходов персонализированной медицины.
Специалисты DUOX BIOTECHNOLOGIES наработали огромный опыт в получении генномодифицированных клеток. Свяжитесь с нами и мы поможем Вам подобрать лучший метод трансгенеза клеток для ваших задач.
Применение генно-модифицированных клеток
Моделирование заболеваний и изучение молекулярных механизмов
Одним из важнейших применений генномодифицированных клеток является создание моделей заболеваний человека. Например, можно модифицировать клетки так, чтобы они имитировали патологии, связанные с определенными генетическими мутациями, такими как муковисцидоз, болезнь Альцгеймера или рак [doi.org/10.1016/j.tibtech.2011.04.009]. Это позволяет изучать эти заболевания in vitro и разрабатывать новые методы лечения.
Генотерапия
Геномодифицированные клетки также используются в терапии заболеваний. Наиболее ярким примером является CAR-T терапия рака. Этот метод заключается в генетической модификации Т-лимфоцитов пациента так, чтобы они экспрессировали химерные антигенные рецепторы (CAR), способные распознавать и уничтожать раковые клетки. Этот подход дал отличные результаты при лечении определенных форм лейкемии и лимфомы [doi.org/10.1126/science.aar6711].
Биофармацевтика
Генно-модифицированные клетки широко применяются при производстве биопрепаратов. Например, модифицированные CHO-клетки активно используются для производства антител и других белковых препаратов, которые применяются для лечения таких заболеваний, как рак и ревматоидный артрит.
Регенеративная медицина и создание органоидов
Еще одним перспективным направлением является использование генномодифицированных клеток для регенеративной медицины. Например, создание органоидов — миниатюрных искусственных органов, которые реплицируют структуру и функции настоящих, стало возможным благодаря модификации стволовых клеток. Это открывает путь к созданию персонализированных моделей заболеваний и изучению индивидуальных реакций на лекарства [doi.org/10.1016/j.cell.2016.05.082].
Генно-модифицированные клетки стали основой многих научных достижений последних десятилетий. Их применяют в широком спектре работ от фундаментальных исследований до разработки новых схем лечения и производства фармацевтических препаратов. В будущем данные разработки, очевидно, сыграют ключевую роль в лечении неизлечимых на данный момент заболеваний и создании подходов персонализированной медицины.
Специалисты DUOX BIOTECHNOLOGIES наработали огромный опыт в получении генномодифицированных клеток. Свяжитесь с нами и мы поможем Вам подобрать лучший метод трансгенеза клеток для ваших задач.