Afhængighed af ethvert stof - det være sig alkohol, tobak, opioider eller ulovlige stoffer, som kokain - er en kronisk sygdom, der forårsager en tvangsmæssig narkotikasøgende opførsel, som enkeltpersoner finder vanskelige eller umulige at kontrollere, selv når de er opmærksomme på de skadelige, ofte dødbringende konsekvenser .
Langvarig brug ændrer strukturen i hjerneområder, der er knyttet til dømmekraft, stress, beslutningstagning og adfærd, hvilket gør det stadig vanskeligere at ignorere narkotika-trang.
Jeg er postdoktorisk forsker på laboratoriet i Ming Xu ved University of Chicago, hvor vi studerer afhængighed, med det mål at finde en effektiv kur. I en artikel i Nature Biomedical Engineering beskriver vi en ny tilgang, som vi udviklede og testede, der blokerer kokain-søgning hos mus og faktisk beskytter dem mod høje doser, der ellers ville være dødbringende.
Hvordan kan genterapi stoppe afhængighed?
Til stede i menneskelig lever og blod er et naturligt enzym kaldet butyrylcholinesterase, som vi forkortes som BChE. Et af dette enzyms job er at nedbryde eller metabolisere kokain til inaktive, ufarlige komponenter. Der er faktisk endda en mutant menneskelig BChE (hBChE), som var genetisk konstrueret til i høj grad at accelerere metabolismen af kokain. Dette supermutante enzym forventes at blive en terapi til behandling af kokainafhængighed. At levere det aktive enzym til afhængige ved injektion og holde dette enzym fungerer i levende dyr er dog en udfordring.
Så i stedet for at give enzymet til dyrene, besluttede vi at konstruere hudstamceller, der bar genet for BChE-enzymet. På denne måde ville hudcellerne kunne fremstille enzymet selv og forsyne dyret.
I vores undersøgelse brugte vi først genredigeringsmetoden CRISPR til at redigere musens hudstamceller og inkorporere hBChE-genet. Disse konstruerede hudceller producerede konsistente og høje niveauer af hBChE-protein, som de derefter secernerede. Derefter dyrkede vi disse konstruerede stamceller i laboratoriet og skabte et fladt lag af hudlignende væv, som tog et par dage at vokse.
Når den lab-dyrkede hud var færdig, transplanterede vi den i værtsdyr, hvor cellerne frigav betydelige mængder hBChE i blod i mere end 10 uger.
Med det genetisk manipulerede hudtransplantat, der frigiver hBChE i blodstrømmen hos værtsmusene, antog vi, at hvis musen spiste kokain, ville enzymet hurtigt hugge op stoffet, før det kunne udløse den vanedannende nydelsesrespons i hjernen.
'Immuniserende' mod kokain
Kokain virker ved at hæve dopaminniveauerne i hjernen, som derefter resulterer i følelser af belønning og eufori, der udløser en suget efter mere af stoffet.
Dyrene, der modtog det konstruerede hudtransplantat, var i stand til at fjerne injicerede mængder kokain hurtigere end kontroldyr. Deres hjerner havde også lavere niveauer af dopamin.
Derudover kan hudtransplantater af hBChE-producerende celler effektivt reducere hastigheden af dødelige overdoser fra 50 procent til nul, når dyrene blev injiceret med en høj, potentielt dødelig kokain-dosis. Når dyrene fik en dødelig dosis, døde alle kontroldyrene, mens ingen af dyrene, der modtog den konstruerede hud, omkom. Det var som om enzymet, der blev produceret af hudtransplantatet, havde immuniseret musene mod en overdosis kokain.
Vi vurderede derefter, om hBChE-producerende celler kan beskytte mod udvikling af kokain-søgning. Vi brugte mus, der blev trænet til at afsløre deres præference for kokain ved at tilbringe mere tid i et kokainrigt miljø. Under de samme doserings- og træningsprocedurer opnåede normale dyr præference for kokain, hvorimod værtsdyr med hudtransplantatet ikke viste en sådan præference, hvilket indikerer hudtransplantat af hBChE-celler effektivt blokerer den kokaininducerede belønningseffekt. På lignende måde forstyrrer hBChE-hBChE effektivt og specifikt forstyrrelse af gentagelse af kokain-søgning efter 25 dages tilbagetrækning.
For at teste, om denne genterapimetode vil fungere hos mennesker, voksede vi humant hudlignende væv fra primære hudstamceller, som blev genetisk redigeret af CRISPR for at tillade hBChE-produktion.
Vi blev opfordret til at se, at manipulerede humane epidermale celler producerede store mængder hBChE i celler dyrket i laboratoriet og i mus. Dette antyder, at konceptet med hudgenterapi kan være effektivt til behandling af kokainmisbrug og overdosering hos mennesker i fremtiden.
Tilpasning af denne tilgang til mennesker kan være en lovende måde at blokere afhængighed på. Men først skal vi have tilstrækkelig dokumentation for, at det fungerer godt med få bivirkninger. Ligeledes kan konstruktion af hudceller med enzymer, der nedbryder alkohol og nikotin, også være en effektiv strategi til at begrænse afhængighed og misbrug af disse to stoffer.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Qingyao Kong, postdoktorisk forsker i Institut for Anæstesi & Kritisk Pleje, University of Chicago
