Závislost na jakékoli drogě - ať už je to alkohol, tabák, opioidy nebo nezákonné drogy, jako je kokain - je chronické onemocnění, které způsobuje nutkavé chování při hledání drog, které jednotlivci považují za obtížné nebo nemožné kontrolovat, i když si jsou vědomi škodlivých, často smrtelných následků .
Dlouhodobé užívání mění strukturu mozkových oblastí spojenou s úsudkem, stresem, rozhodováním a chováním, a proto je stále obtížnější ignorovat touhy po drogách.
Jsem postdoktorandský výzkumný pracovník v laboratoři Ming Xu na Chicagské univerzitě, kde studujeme závislost, s cílem nalézt efektivní léčbu. V článku v Nature Biomedical Engineering popisujeme nový přístup, který jsme vyvinuli a testovali, který blokuje vyhledávání kokainu u myší a skutečně je chrání před vysokými dávkami, které by jinak byly smrtící.
Jak může genová terapie zastavit závislost?
V lidské játrech a krvi je přírodní enzym zvaný butyrylcholinesteráza, který zkrátíme jako BCHE. Jedním z úkolů tohoto enzymu je rozkládat nebo metabolizovat kokain na neaktivní, neškodné složky. Ve skutečnosti existuje dokonce mutantní lidský BChE (hBChE), který byl geneticky upraven tak, aby výrazně urychlil metabolismus kokainu. Očekává se, že se tento super-mutantní enzym stane terapií pro léčbu závislosti na kokainu. Avšak dodávání aktivního enzymu závislým injekcí a udržování tohoto enzymu v živých zvířatech je náročné.
Takže místo toho, abychom zvířatům dali enzym, rozhodli jsme se zkonstruovat kožní kmenové buňky, které nesly gen pro enzym BChE. Tímto způsobem by kožní buňky mohly samy vyrábět enzym a dodávat zvíře.
V naší studii jsme poprvé použili techniku genové úpravy CRISPR k úpravě kmenových buněk myší kůže a začlenění genu hBChE. Tyto umělé kožní buňky produkovaly konzistentní a vysoké hladiny proteinu hBChE, které poté sekretovaly. Pak jsme v laboratoři pěstovali tyto upravené buňky a vytvořili jsme rovnou vrstvu tkáně podobné kůži, která trvala několik dní.
Jakmile byla laboratorně pěstovaná kůže kompletní, transplantovali jsme ji do hostitelských zvířat, kde buňky uvolňovaly významné množství hBChE do krve po dobu více než 10 týdnů.
S geneticky upraveným kožním štěpem, který uvolňuje hBChE do krevního řečiště hostitelských myší, jsme předpokládali, že pokud myš konzumuje kokain, enzym by tento lék rychle rozsekal, než by mohl vyvolat návykovou potěšující reakci v mozku.
„Imunizace“ proti kokainu
Kokain působí tak, že zvyšuje hladinu dopaminu v mozku, což má za následek pocity odměny a euforie, které vyvolávají touhu po další drogě.
Zvířata, která dostala kožní štěp vytvořený pomocí inženýrství, byla schopna vyčistit injikovaná množství kokainu rychleji než kontrolní zvířata. Jejich mozek měl také nižší hladiny dopaminu.
Kromě toho mohou kožní štěpy buněk produkujících hBChE účinně snížit rychlost letálních předávkování z 50 procent na nulu, když byla zvířatům injikována vysoká, potenciálně smrtelná dávka kokainu. Když byla zvířatům podána smrtelná dávka, všechna kontrolní zvířata zemřela, zatímco žádné ze zvířat, které dostaly umělou kůži, nezhynulo. Bylo to, jako by enzym produkovaný kožním štěpem imunizoval myši proti předávkování kokainem.
Potom jsme posoudili, zda buňky produkující hBChE mohou chránit před rozvojem vyhledávání kokainu. Použili jsme myši, které byly vyškoleny k odhalení jejich preference pro kokain tím, že jsme trávili více času v prostředí bohatém na kokain. Při stejných postupech dávkování a výcviku získaly normální zvířata přednost před kokainem, zatímco hostitelská zvířata s kožním štěpem nevykazovala žádnou takovou preferenci, což ukazuje, že kožní štěp buněk hBChE účinně blokuje účinek odměny vyvolaný kokainem. Obdobně hBChE pocházející z kůže účinně a konkrétně narušuje opakování hledání kokainu po 25 dnech od stažení.
Abychom otestovali, zda bude tento přístup genové terapie u lidí fungovat, vyrostli jsme lidské tkáni podobné kůži z primárních kmenových buněk kůže, které byly geneticky upraveny CRISPR, aby se umožnila produkce hBChE.
Byli jsme povzbuzeni, když jsme zjistili, že geneticky modifikované lidské epidermální buňky produkovaly velké množství hBChE v buňkách kultivovaných v laboratoři a u myší. To naznačuje, že koncept genové terapie kůže může být v budoucnosti účinný při léčbě zneužívání a předávkování kokainem u lidí.
Přizpůsobení tohoto přístupu pro člověka by mohlo být slibným způsobem blokování závislosti. Nejprve však musíme mít dostatečné důkazy, že to funguje dobře s několika vedlejšími účinky. Podobně by inženýrské kožní buňky s enzymy, které degradují alkohol a nikotin, mohly být účinnou strategií pro potlačení závislosti a zneužívání těchto dvou drog.
Tento článek byl původně publikován v The Conversation.
Qingyao Kong, postdoktorandský výzkum na katedře anestezie a kritické péče, University of Chicago
