Uzależnienie od jakiegokolwiek narkotyku - alkoholu, tytoniu, opioidów lub nielegalnych narkotyków, takich jak kokaina - jest przewlekłą chorobą, która powoduje kompulsywne zachowania związane z poszukiwaniem narkotyków, trudne do kontrolowania lub nawet niemożliwe, nawet jeśli są świadomi szkodliwych, często śmiertelnych konsekwencji .
Długotrwałe stosowanie zmienia strukturę obszarów mózgu związanych z osądem, stresem, podejmowaniem decyzji i zachowaniem, przez co coraz trudniej jest ignorować głód narkotykowy.
Jestem doktorem habilitowanym w laboratorium Ming Xu na University of Chicago, gdzie badamy uzależnienie, aby znaleźć skuteczne lekarstwo. W artykule w Nature Biomedical Engineering opisujemy nowe podejście, które opracowaliśmy i przetestowaliśmy, które blokuje poszukiwanie kokainy u myszy i faktycznie chroni je przed dużymi dawkami, które w przeciwnym razie byłyby śmiertelne.
W jaki sposób terapia genowa może zatrzymać uzależnienie?
W ludzkiej wątrobie i krwi występuje naturalny enzym zwany butyrylocholinoesterazy, który nazywamy BChE. Jednym z zadań tego enzymu jest rozkładanie lub metabolizowanie kokainy w nieaktywne, nieszkodliwe składniki. W rzeczywistości istnieje nawet zmutowany ludzki BChE (hBChE), który został genetycznie zmodyfikowany w celu znacznego przyspieszenia metabolizmu kokainy. Oczekuje się, że ten super zmutowany enzym stanie się terapią leczenia uzależnienia od kokainy. Jednak dostarczenie aktywnego enzymu uzależnionym poprzez wstrzyknięcie i utrzymanie tego enzymu u żywych zwierząt jest trudne.
Zamiast więc podawać enzym zwierzętom, postanowiliśmy opracować komórki macierzyste skóry, które niosły gen enzymu BChE. W ten sposób komórki skóry będą mogły same wytwarzać enzym i dostarczać zwierzęciu.
W naszym badaniu najpierw zastosowaliśmy technikę edycji genów CRISPR do edycji komórek macierzystych skóry myszy i włączenia genu hBChE. Te zmodyfikowane komórki skóry wytwarzały spójny i wysoki poziom białka hBChE, które następnie wydzielały. Następnie wyhodowaliśmy te zmodyfikowane komórki macierzyste w laboratorium i stworzyliśmy płaską warstwę skóropodobnej tkanki, której wzrost zajął kilka dni.
Po zakończeniu hodowli hodowanej w laboratorium przeszczepiliśmy ją zwierzętom-gospodarzom, gdzie komórki uwalniały znaczne ilości hBChE do krwi przez ponad 10 tygodni.
Dzięki genetycznie zmodyfikowanemu przeszczepowi skóry uwalniającemu hBChE do krwiobiegu myszy gospodarza, postawiliśmy hipotezę, że jeśli mysz spożyje kokainę, enzym szybko pokroi lek, zanim wyzwoli uzależniającą reakcję przyjemności w mózgu.
„Szczepienie” przeciwko kokainie
Kokaina działa poprzez podniesienie poziomu dopaminy w mózgu, co skutkuje uczuciem nagrody i euforii, które wywołują apetyt na więcej narkotyków.
Zwierzęta, które otrzymały zmodyfikowany przeszczep skóry, były w stanie usunąć wstrzyknięte ilości kokainy szybciej niż zwierzęta kontrolne. Ich mózgi miały również niższy poziom dopaminy.
Co więcej, przeszczepy skóry komórek wytwarzających hBChE mogą skutecznie zmniejszać śmiertelne przedawkowanie z 50 procent do zera, gdy zwierzętom wstrzyknięto wysoką, potencjalnie śmiertelną dawkę kokainy. Gdy zwierzętom podano śmiertelną dawkę, wszystkie zwierzęta kontrolne padły, podczas gdy żadne ze zwierząt, które otrzymały zmodyfikowaną skórę, nie padło. To było tak, jakby enzym wytworzony przez przeszczep skóry zaszczepił myszy przed przedawkowaniem kokainy.
Następnie oceniliśmy, czy komórki wytwarzające hBChE mogą chronić przed rozwojem poszukiwania kokainy. Użyliśmy myszy, które zostały przeszkolone, aby ujawnić swoje preferencje dotyczące kokainy, spędzając więcej czasu w środowisku bogatym w kokainę. Zgodnie z tymi samymi procedurami dawkowania i treningu normalne zwierzęta nabrały preferencji do kokainy, podczas gdy zwierzęta-gospodarze z przeszczepem skóry nie wykazywały takich preferencji, co wskazuje, że przeszczep skóry komórek hBChE skutecznie blokuje indukowany przez kokainę efekt nagrody. W podobny sposób hBChE pochodzący ze skóry skutecznie i konkretnie zakłóca nawrót poszukiwania kokainy po 25 dniach odstawienia.
Aby sprawdzić, czy to podejście terapii genowej będzie działać na ludziach, wyhodowaliśmy ludzką skóropodobną tkankę z pierwotnych komórek macierzystych skóry, które zostały genetycznie zmodyfikowane przez CRISPR w celu umożliwienia produkcji hBChE.
Zachęcono nas, aby zobaczyć, że zmodyfikowane ludzkie komórki naskórka wytwarzały duże ilości hBChE w komórkach hodowanych w laboratorium i myszach. Sugeruje to, że koncepcja terapii genowej skóry może być skuteczna w leczeniu nadużywania kokainy i przedawkowania u ludzi w przyszłości.
Dostosowanie tego podejścia do ludzi może być obiecującym sposobem na blokowanie uzależnienia. Ale najpierw musimy mieć wystarczające dowody na to, że działa dobrze z kilkoma efektami ubocznymi. Podobnie inżynieria komórek skóry za pomocą enzymów rozkładających alkohol i nikotynę może być skuteczną strategią ograniczania uzależnienia i nadużywania tych dwóch leków.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation.
Qingyao Kong, doktor habilitowany na Wydziale Anestezjologii i Krytycznej Opieki, University of Chicago
