보다 개인화된 세포 치료를 가능하게 하는 새로운 도구를 개발합니다.

보다 개인화된 세포 치료를 가능하게 하는 새로운 도구를 개발합니다.
새로운 정량적 접근 방식을 통해 과학자와 엔지니어는 DNA 편집 프로세스를 더 잘 제어할 수 있습니다.
날짜:
2022년 7월 20일
원천:
미네소타 대학교
요약:
한 팀이 DNA 편집 속도를 예측하고 맞춤화할 수 있는 새로운 도구를 개발하여 당뇨병 및 암과 같은 질병에 대한 보다 개인화되고 효율적인 유전 및 세포 치료의 길을 열었습니다.

미네소타 대학의 Twin Cities 팀은 "site-specific recombination"이라고 불리는 특정 종류의 DNA 편집 속도를 예측하고 맞춤화하는 새로운 도구를 처음으로 개발했습니다. 이 연구는 당뇨병 및 암과 같은 질병에 대한 보다 개인화되고 효율적인 유전 및 세포 요법을 위한 길을 열어줍니다.

이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈( Nature Communications)에 게재됐다.

부위 특이적 재조합 과정은 살아있는 세포에서 DNA의 특정 서열을 인식하고 수정하는 효소를 사용하는 것을 포함합니다. 그것은 세포 요법을 사용하여 무수한 질병을 치료하는 데 중요한 응용 프로그램을 가지고 있습니다.

예를 들어, 면역요법은 환자로부터 면역 세포를 추출하고 암과 같은 질병에 대항하기 위해 유전자 변형을 수반합니다. 이러한 응용 분야에서는 신체의 부작용을 최소화하면서 치료 효과를 극대화하기 위해 유전자 발현 시기를 정확하게 제어하는 ​​것이 중요합니다.

University of Minnesota 엔지니어는 높은 처리량 실험을 기계 학습 모델과 결합하여 사이트별 재조합 프로세스를 보다 효율적이고 예측 가능하게 만드는 방법을 개발했습니다. 이 모델을 통해 연구자는 DNA가 편집되는 속도를 프로그래밍할 수 있습니다. 이것은 그들이 치료 세포가 환경에 반응하는 속도를 제어할 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 약물이나 치료 단백질을 얼마나 빨리 또는 천천히 생산하는지를 제어할 수 있습니다.

논문의 수석 저자이자 미네소타 대학의 부교수인 Casim Sarkar는 "우리가 아는 한, 이것은 DNA 서열을 수정하는 것이 부위 특이적 재조합 속도를 제어할 수 있는 방법을 예측하기 위해 모델을 사용하는 첫 번째 예"라고 말했습니다. 트윈시티 의생명공학과. "이 문제에 공학적 원리를 적용함으로써 우리는 DNA 편집이 일어나는 속도를 조절하고 이러한 형태의 제어를 사용하여 치료 세포 반응을 조정할 수 있습니다. 우리 연구는 또한 자연에서 발견되는 것보다 훨씬 더 효율적으로 재조합되는 새로운 DNA 서열을 확인했습니다 , 이는 세포 반응 시간을 가속화할 수 있습니다."

Sarkar와 그의 팀은 먼저 부위별 재조합 비율을 계산하는 실험적 방법을 개발한 다음 해당 정보를 사용하여 기계 학습 알고리즘을 훈련했습니다. 궁극적으로 이를 통해 연구자들은 DNA 서열을 간단히 입력할 수 있으며 모델은 해당 DNA 서열이 재조합되는 속도를 예측합니다.

그들은 또한 세포 내에서 여러 단백질의 동시 생산을 예측하고 제어하기 위해 모델링을 사용할 수 있음을 발견했습니다. 이것은 재생 의학 응용을 위한 새로운 조직이나 기관을 생산하도록 줄기 세포를 프로그래밍하거나 미리 정의된 비율로 여러 약물을 생산할 수 있는 능력을 치료 세포에 부여하는 데 사용될 수 있습니다.

Sarkar는 "다른 환자는 다른 용량이나 더 빠르거나 느린 세포 반응을 요구할 수 있습니다. 모든 사람이 같은 것은 아닙니다."라고 설명했습니다. "상이하고 정의된 재조합 속도로 다중 DNA 서열을 활용하는 세포 내부의 유전 회로를 구축함으로써 우리는 이제 치료 세포에서 단백질 생산의 프로그램 비율과 같이 이전에 하기 어려웠던 일을 달성할 수 있습니다. 우리의 합리적인 접근 방식은 환자를 위한 개인 맞춤 치료를 가능하게 합니다. ."