Terapia genică și strategiile CRISPR pentru vindecarea orbirii

Cercetătorii de la Editas Medicine din SUA și Allergan din Irlanda au utilizat tehnologia CRISPR pentru prima dată în cazul unei persoane cu o boală genetică.

În cazul acestui tratament s-a folosit tehnologia CRISPR pentru o mutație specifică dintr-o genă legată de orbirea copilăriei. Mutația afectează funcționarea retinei și duce la pierderea celulelor de detectare a luminii din ochi.

Potrivit Organizației Mondiale a Sănătății, cel puțin 2,2 miliarde de oameni din lume au o formă de deficiență vizuală. În Statele Unite, aproximativ 200.000 de oameni suferă de forme moștenite de boli ale retinei pentru care nu există niciun remediu. Cu toate acestea, lucrurile au început să se schimbe şi acum putem spune că vedem lumina de la capătul tunelului.

Sunt cercetător în oftalmologie și științe vizuale și sunt deosebit de interesat de aceste progrese, deoarece laboratorul meu se concentrează pe unele abordări noi și îmbunătățite ale terapiei genetice pentru tratarea formelor moștenite de orbire.

Ochiul ca teren de testare pentru CRISPR

Terapia genică presupune inserarea copiei corecte a unei gene în celule care au o eroare în secvența genetică a acelei gene, recuperând astfel funcția normală a proteinei din celulă.

Ochiul este un organ ideal pentru testarea noilor abordări terapeutice, inclusiv CRISPR, din 2 motive. Primul este acela că ochiul este un organ expus și, prin urmare, este ușor accesibil. Al doilea motiv este că țesutul retinian din ochi este protejat de mecanismul de apărare al corpului, care altfel ar considera materialul injectat, utilizat în terapia genică, ca fiind străin și ar declanşa un răspuns de atac defensiv. Un astfel de răspuns ar distruge beneficiile asociate tratamentului.

În ultimii ani, studiile de terapie genetică au deschis calea către primul medicament de terapie genetică aprobat de Food and Drug Administration, Luxturna TM, pentru o boală gravă a orbirii copilului, denumită amauroza congenitală Leber de tip 2.

Această formă de amauroza congenitală Leber este cauzată de mutații ale unei gene care codifică o proteină numită RPE65. Această proteină participă la reacțiile chimice necesare pentru detectarea luminii. Mutațiile diminuează sau elimină funcția RPE65, ceea ce duce la incapacitatea de a detecta lumina, adică orbire.

Cercetătorii testează tratamente pentru mai multe tipuri de deficiențe de vedere. Credit: BRIAN MITCHELL / Getty Images

Metoda de tratament dezvoltată simultan de grupuri de cercetători de la Universitatea din Pennsylvania, SUA și de la University College London și Moorefields Eye Hospital, Marea Britanie, a implicat inserarea unei copii sănătoase a genei mutant direct în spațiul dintre retină și epiteliul pigmentat al retinei, țesutul situat în spatele retinei unde au loc reacții chimice. Această genă a ajutat celula epitelială pigmentată a retinei să producă proteina lipsă care este disfuncțională la pacienți.

Deși ochii tratați au arătat o îmbunătățire a vederii, măsurată prin capacitatea pacientului de a se deplasa pe un traseu cu obstacole în condiţii diferite de iluminare, aceasta nu este o soluție permanentă. Acest lucru se datorează lipsei unei tehnologii care să fixeze codul genetic mutant în ADN-ul celulelor pacientului.

O nouă tehnologie pentru ștergerea mutației

În ultimul timp, oamenii de știință au dezvoltat un nou instrument puternic care a revoluţionat biologia și ingineria genetică. Această tehnologie de editare a genelor, numită CRISPR, permite cercetătorilor să editeze direct codul genetic al celulelor din ochi și să corecteze mutația care cauzează boala.

La copiii care suferă de amauroza congenitală Leber de tip 10 se constată pierderea progresivă a vederii începând cu vârsta de un an. Această formă specifică de amauroză congenitală Leber este cauzată de o modificare a ADN-ului care afectează capacitatea genei, denumită CEP290, de a produce proteina completă. Pierderea proteinei CEP290 afectează supraviețuirea și funcția celulelor sensibile la lumină, numite fotoreceptori.

O strategie de tratament este de a furniza forma completă a genei CEP290 folosind un virus ca vehicul de livrare. Gena CEP290 este însă prea mare pentru a fi transportată de un virus.

În consecinţă, era nevoie de o altă abordare, iar strategie a fost de a remedia mutația utilizând tehnologia CRISPR.

Oamenii de știință de la Editas Medicine au dovedit funcţionarea şi siguranța tehnologiei CRISPR în cazul unor celule extrase din biopsia pielii pacientului și a unor primate non-umane.

Aceste studii au condus la realizarea primului studiu clinic terapeutic cu gene CRISPR. Acest studiu de fază 1 și fază 2 va evalua, în cele din urmă, siguranța și eficacitatea terapiei CRISPR la 18 pacienți cu amauroză congenitală Leber de tip 10.

Pacienții primesc o doză terapeutică în timp ce se află sub anestezie atunci când chirurgul retinei folosește un aparat optic, ac și seringă pentru a injecta enzima CRISPR și acizii nucleici în partea din spate a ochiului, în apropierea fotoreceptorilor.

Pentru a dovedi funcţionarea şi siguranţa experimentului pentru pacienți, studiul clinic a recrutat persoane cu boală în stadiu târziu și fără speranță de a-și recupera vederea. De asemenea, medicii au injectat enzima CRISPR într-un singur ochi.

O nouă strategie de terapie genică CEP290

Un proiect în desfășurare în laboratorul meu se concentrează pe o terapie genică pentru aceeaşi genă CEP290. Contrar abordării CRISPR, care poate viza doar o mutație specifică la un moment dat, echipa mea dezvoltă un tratament care să funcționeze pentru toate mutațiile CEP290 din amauroza congenitală Leber de tip 10.

Această strategie implică utilizarea unor forme mai scurte, dar funcționale, ale proteinei CEP290, care pot fi livrate fotoreceptorilor utilizând virusuri aprobate pentru utilizare clinică.

Terapia genică care implică CRISPR promite o remediere permanentă și o perioadă de recuperare semnificativ redusă.

Un dezavantaj al abordării CRISPR este riscul producerii unui efect în afara țintei, atunci când se editează o altă regiune a ADN-ului celulei şi care ar putea provoca reacții adverse nedorite, cum ar fi cancerul. Cu toate acestea, noile strategii îmbunătățite au făcut ca această probabilitate să fie foarte mică.

Deși studiul CRISPR este pentru o mutație specifică în CEP290, eu consider că utilizarea tehnologiei CRISPR în organism este interesantă și reprezintă un progres uriaș. Știu că acest tratament se află într-o fază incipientă, dar este foarte promiţător. În opinia mea, precum și a multor alți oameni de știință, inovația terapeutică mediată de CRISPR are un potenţial imens.

Mai multe modalități de a aborda orbirea

Într-un alt studiu care a fost anunţat în revista Science, oamenii de știință germani și elvețieni au dezvoltat o tehnologie revoluționară prin care șoarecii, dar și retinele umane, pot detecta radiațiile infraroșii. Această abilitate ar putea fi utilă pentru pacienții care suferă de pierderea fotoreceptorilor și a vederii.

O imagine în infraroșu a unui bărbat și a unui câine. Cercetătorii germani și elvețieni au demonstrat că pot induce șoarecilor abilitatea de a vedea aceste imagini. Credit: Joseph Giacomin

Cercetătorii au demonstrat această posibilitate, inspirată de capacitatea șerpilor și a liliecilor de a vedea căldura, înzestrând șoarecii și retina umană postmortem cu o proteină care devine activă ca răspuns la căldură. Lumina infraroșie aparţine spectrului electromagnetic fiind radiaţia emisă de obiecte calde care nu se află în domeniul vizibil.

Căldura încălzește o particulă de aur, special concepută, pe care cercetătorii au introdus-o în retină. Această particulă se leagă de proteină și o ajută să transforme semnalul de căldură în semnale electrice care sunt apoi trimise la creier.

În viitor sunt necesare mai multe cercetări pentru a îmbunătăți capacitatea proteinelor sensibile la infraroșu de a îmbunătăţi vederea.

Această tehnică este în curs de testare pe animale și în țesutul retinian din laborator. Rezultatele de până acum sugerează că ar putea fi posibilă restaurarea şi îmbunătățirea vederii, precum şi utilizarea unor forme de vedere utilizate de alte specii în tratamentul orbirii la oameni.

Traducere după Gene therapy and CRISPR strategies for curing blindness (Yes, you read that right)