ไมโทคอนเดรียที่บกพร่อง ซึ่งเป็น ‘แบตเตอรี่’ ที่ให้พลังงานแก่เซลล์ในร่างกายของเราสามารถซ่อมแซมได้ในอนาคตโดยใช้เทคนิคการแก้ไขยีน นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถปรับเปลี่ยนจีโนมของไมโตคอนเดรียในหนูที่มีชีวิตได้ ซึ่งเป็นการปูทางสำหรับการรักษาแบบใหม่สำหรับความผิดปกติของไมโตคอนเดรียที่รักษาไม่หาย
เซลล์ของเราประกอบด้วยไมโตคอนเดรีย ซึ่งให้พลังงานแก่เซลล์ของเราในการทำงาน ไมโตคอนเดรียแต่ละชนิดมี DNA ของไมโตคอนเดรียจำนวนเล็กน้อย ไมโทคอนเดรีย DNA สร้างขึ้นเพียง 0.1% ของจีโนมมนุษย์โดยรวมและส่งต่อจากแม่สู่ลูกเท่านั้น
ความผิดพลาดใน DNA ของไมโตคอนเดรียสามารถส่งผลต่อการทำงานของไมโตคอนเดรีย ซึ่งนำไปสู่โรคของไมโตคอนเดรีย สภาวะที่ร้ายแรงและมักจะถึงขั้นเสียชีวิต ซึ่งส่งผลกระทบต่อคนประมาณ 1 ใน 5,000 คน โรคนี้รักษาไม่หายและส่วนใหญ่รักษาไม่หาย
โดยทั่วไปมี DNA ของไมโตคอนเดรียประมาณ 1,000 ชุดในแต่ละเซลล์ และเปอร์เซ็นต์ของสิ่งเหล่านี้ที่ได้รับความเสียหายหรือกลายพันธุ์ จะเป็นตัวกำหนดว่าบุคคลนั้นจะเป็นโรคไมโตคอนเดรียหรือไม่ โดยปกติ มากกว่า 60% ของไมโตคอนเดรียในเซลล์จะต้องมีความผิดปกติจึงจะเกิดโรคได้ และยิ่งมีไมโตคอนเดรียที่มีข้อบกพร่องมากเท่าใด โรคก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น หากเปอร์เซ็นต์ของ DNA ที่บกพร่องสามารถลดลงได้ โรคก็อาจสามารถรักษาได้
เซลล์ที่มีส่วนผสมของ DNA ของไมโตคอนเดรียที่มีสุขภาพดีและผิดปกติถูกอธิบายว่าเป็น ‘เฮเทอโรพลาสซึม’ หากเซลล์ไม่มี DNA ของไมโตคอนเดรียที่แข็งแรง แสดงว่าเป็น ‘โฮโมพลาสซึม’
ในปี 2018 ทีมงานจาก MRC Mitochondrial Biology Unit แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ได้ทำการทดลองด้วยยีนบำบัดในหนูทดลอง และสามารถ กำหนดเป้าหมายและกำจัด DNA ของไมโตคอนเดรียที่เสียหายในเซลล์เฮเทอโรพลา สมิ กได้สำเร็จ ทำให้ไมโตคอนเดรียที่มี DNA ที่แข็งแรงเข้ามาแทนที่
ดร. Michal Minczuk อธิบายว่า “แนวทางก่อนหน้านี้ของเรามีแนวโน้มที่ดีและเป็นครั้งแรกที่ทุกคนสามารถเปลี่ยน DNA ของไมโตคอนเดรียในสัตว์ที่มีชีวิตได้ “แต่มันจะใช้ได้เฉพาะในเซลล์ที่มี DNA ของไมโตคอนเดรียที่แข็งแรงเพียงพอที่จะคัดลอกตัวเองและแทนที่เซลล์ที่ผิดพลาดที่ถูกกำจัดออกไป มันจะไม่ทำงานในเซลล์ที่ไมโตคอนเดรียทั้งหมดมี DNA ผิดพลาด”
ในความก้าวหน้าล่าสุดของพวกเขา ซึ่งตีพิมพ์ในวันนี้ใน Nature Communicationsดร. Minczuk และเพื่อนร่วมงานได้ใช้เครื่องมือทางชีวภาพที่เรียกว่าตัวแก้ไขฐานไมโตคอนเดรียเพื่อแก้ไข DNA ของไมโตคอนเดรียของหนูที่มีชีวิต การรักษาจะถูกส่งไปยังกระแสเลือดของหนูโดยใช้ไวรัสที่ดัดแปลง จากนั้นเซลล์ของมันจะถูกดูดเข้าไป เครื่องมือนี้จะค้นหาลำดับเบสคู่ที่ไม่ซ้ำกัน – การรวมกันของโมเลกุล A, C, G และ T ที่ประกอบเป็น DNA จากนั้นจะเปลี่ยนฐานดีเอ็นเอ ในกรณีนี้ เปลี่ยนจาก C เป็น T โดยหลักการแล้ว วิธีนี้จะช่วยให้เครื่องมือสามารถแก้ไข ‘คำสะกดผิด’ บางอย่างที่ทำให้ไมโตคอนเดรียทำงานผิดปกติได้
ขณะนี้ยังไม่มีโมเดลเมาส์ที่เหมาะสมสำหรับโรค DNA ของไมโตคอนเดรีย ดังนั้นนักวิจัยจึงใช้หนูที่มีสุขภาพดีเพื่อทดสอบตัวแก้ไขพื้นฐานของไมโตคอนเดรีย อย่างไรก็ตาม มันแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะแก้ไขยีน DNA ของไมโตคอนเดรียในสัตว์ที่มีชีวิต
Pedro Silva-Pinheiro นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในห้องทดลองของ Dr Minczuk และผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าวว่า “นี่เป็นครั้งแรกที่ทุกคนสามารถเปลี่ยนคู่เบสของ DNA ใน mitochondria ในสัตว์ที่มีชีวิตได้ โดยหลักการแล้ว เราสามารถเข้าไปแก้ไขการสะกดผิดใน DNA ของไมโตคอนเดรียที่บกพร่องได้ ทำให้เกิดไมโตคอนเดรียที่แข็งแรงซึ่งช่วยให้เซลล์ทำงานได้อย่างถูกต้อง”
แนวทางที่บุกเบิกในสหราชอาณาจักรที่เรียกว่าการบำบัดทดแทนไมโตคอนเดรีย ซึ่งบางครั้งเรียกว่า ‘การทำเด็กหลอดแก้วแบบสามคน’ ช่วยให้ไมโตคอนเดรียที่บกพร่องของมารดาถูกแทนที่ด้วยไมโตคอนเดรียที่บกพร่องของมารดา อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้ซับซ้อน และแม้แต่ IVF มาตรฐานก็ประสบความสำเร็จในเวลาน้อยกว่าหนึ่งในสามรอบ
ดร. Minczuk กล่าวเสริมว่า “เห็นได้ชัดว่ายังอีกยาวไกลกว่าที่งานของเราจะนำไปสู่การรักษาโรคไมโตคอนเดรีย แต่มันแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้สำหรับการรักษาในอนาคตที่จะขจัดความซับซ้อนของการบำบัดทดแทนไมโตคอนเดรีย และจะช่วยให้สามารถซ่อมแซมไมโตคอนเดรียที่บกพร่องในเด็กและผู้ใหญ่ได้”
การวิจัยได้รับทุนจาก Medical Research Council UK, Champ Foundation และ Lily Foundation
ข้อมูลอ้างอิง
Silva-Pinheiro, S et al. การแก้ไขฐาน mitochondrial ใน vivo ผ่านการส่งไวรัสที่เกี่ยวข้องกับ adenoassociated ไปยังเนื้อเยื่อ post-mitotic ของเมาส์ การสื่อสารธรรมชาติ; 8 ก.พ. 2565; ดอย: 10.1038/s41467-022-28358-w
