Терапиите, базирани на CRISPR: тестват генното инженерство върху хора

Изминаха само седем години, откакто учените за първи път научиха как точно и надеждно да сплитат човешкия геном с помощта на инструмент, наречен CRISPR, което дава възможност да се мисли за отрязване на мутации, причиняващи болести, и действително излекуване на генетични заболявания, вариращи от клетъчна анемия до определени видове рак и дори слепота.

Лекарите продължават да търсят начини да използват сравнително новата технология, за да започнат лечение на пациенти. В Китай миналия ноември ученият Янкуи Хи зашемети и разтревожи генетичната общност, когато обяви, че вече е използвал CRISPR, който според мнозина все още не е доказан нито като безопасен, нито като ефективен при човешки пациенти, за да промени трайно геномите на две момичета близнаци, за да бъдат имунизирани срещу HIV инфекция.

Експериментът му е критикуван, защото той е редактирал клетките на близнаците, когато са били още ембриони, следователно е гарантирал, че всяка тяхна клетка е променена, включително техните репродуктивни клетки, което означава, че техните редактирани геноми ще бъдат предадени и на децата им, въпреки факта, че експертите не могат да бъдат сигурни какви точно могат да бъдат дългосрочните ефекти от такива трайни модификации.

Две фирми – Editas Medicine и Allergan наскоро обявиха по-приемлива форма за редактиране на гени – такава, която би променила генетичните дефекти в клетките, които промени обаче не се предават на следващото поколение. Те записват пациенти, родени с вродено заболяване на зрението, за това, което ще бъде първи тест в САЩ, дали CRISPR може да фиксира мутация в клетките на живо човешко тяло.

Други текущи изпитания, включително едно от партньорите Vertex Pharmaceuticals и CRISPR Therapeutics, което лекува кръвни заболявания, разчитат на лечението на клетките на пациентите извън тялото и въвеждането им обратно в тялото, където на теория биха превъзхождали болните клетки.

В проучването на Editas CRISPR ще бъде въведен директно в окото, където ще поправи генетичните мутации в зрителните клетки на пациентите и потенциално ще ги излекува от заболяването, наречено вродена амавроза на Лебер (Leber), което се причинява от единична мутация в гена CEP290, която е критична за изграждането на външната част на фоторецепторните клетки, които усещат и превеждат светлината в сигнали, които пътуват през зрителния нерв и в мозъка, където те се интерпретират като зрение. Мутацията пречи на фоторецепторите да усещат светлината, което допринася за слабо зрение или слепота.

Фактът, че вродената амавроза на Лебер е едно генно заболяване, го прави идеална мишена за ранни терапии с CRISPR. Учените могат да проектират CRISPR да действа като молекулярна ножица, за да реже ДНК на клетка в конкретни, предварително определени места – в случая около ген CEP290 – и да го премахне. Без мутацията, нормалният протеин може да съществува и фоторецепторните клетки могат да функционират както трябва.

„Влизаме и разрязваме мутацията“, казва Чарлз Олбрайт, главен научен директор на Editas. „Надяваме се, че това ще възстанови нормалния протеин до нормални нива и ще позволи на пациентите отново да усетят светлина и това усещане за светлина ще може да се превърне в зрение.“

Учените са съгласни, че CRISPR има голям потенциал да предостави на изследователите безпрецедентна сила да откъснат ненормални участъци от ДНК, но все още има важни въпроси за това колко безопасно и ефективно ще бъде редактирането на гени с CRISPR, след като бъде разтворен в човешкото тяло. CRISPR работи достатъчно добре в лаборатория, в епруветка с човешки клетки, но както при всяка нова технология, има проблеми. Някои изследвания показват, че редактирането на гени от време на време се обърква, сплитайки неправилни места в генома. Тогава възниква по-големият въпрос за това колко дълъг ще е срокът в който, направени от човека редакции върху човешкия геном, могат да доведат до непредвидени последици.

Но ако CRISPR редактирането на гени работи, това би било еднократно решение за генетични разстройства, които в момента изобщо не могат да бъдат лекувани.

„Това е супер идея и в нея има много потенциал,“ казва д-р Стивън Шварц, професор по офталмология в Калифорнийския университет в Лос Анджелис, който не е участвал в изследването. Генетичното редактиране би елиминирало по същество генетичната мутация, с която са се родили тези хора, и в зависимост от това колко рано се провежда лечението, може не само да възстанови, но и евентуално да запази зрението им. Някои деца със заболяването се раждат с ограничено зрение и в крайна сметка ослепяват, така че учените планират евентуално да включат в проучването и деца на възраст до три години, ако първите опити са безопасни.

Надяваме се, че проучването ще отговори на много въпроси, които могат да бъдат от решаващо значение за бъдещето на терапиите, базирани на CRISPR. Изучаването на техниката при пациенти ще даде на лекарите по-ясни отговори относно дозирането на терапията, както и потенциалните странични ефекти. Олбрайт казва, че лечението ще бъде осигурено по време на амбулаторна хирургия, при която хирургът ще инжектира машинката за редактиране на молекулен ген под ретината. Механиката на CRISPR ще бъде затворена в деактивиран аденовирус, създаден специално, за да достави своя полезен товар към фоторецепторните клетки. „Дори ако разтоварят CRISPR в други клетки“, казва Олбрайт, „това не е биологично опасно, тъй като генът е кодиран погрешно само във фоторецепторните клетки“.

За да проследи дали CRISPR си е свършил работата, изследователският екип ще оцени зрението на пациента със специален тест, предназначен за хора със слабо зрение, и ще запише видео на пациентите, работещи през лабиринт, в който те трябва да избягват препятствия на базата на получавани инструкции, включително знаци за спиране. Учените също планират да използват изображения, за да се опитат да проследят дали фоторецепторните клетки всъщност са били възстановени.

Изпитанието е само едно от малкото, които са в ход за тестване на мощната CRISPR технология в целия свят. Едно от най-обещаващите направления например, е проучването дали генното редактиране може да лекува ефективно кръвни заболявания, като бета таласемия и клетъчна анемия.

При бета таласемия хемоглобиновата част на червените кръвни клетки, която трябва да вземе кислород от белите дробове и да го разпредели в клетките в останалата част на тялото, не работи правилно. На пациентите трябва редовно да се прелива кръв, а при тези трансфузии могат да се появят усложнения, ако дозата не е правилна и нивата на желязо в кръвните клетки спадат, което може да доведе до увреждане на органите и дори до смърт. При сърповидно-клетъчната болест, мутация в гена, която прави хемоглобин, кара червените кръвни клетки да се сриват до сърповидна форма, което затруднява безпрепятственото протичане на кръвта през артериите и вените на тялото. Блокажите, причинени от неправилно отворените кръвни клетки, могат да доведат до силна болка и инсулт.

Биотехнологичната компания CRISPR Therapeutics, основана от един от учените разработили технологията, предлага решение за лечение на двете състояния, като разчитат на генетични модификации, свързани с производството на фетален хемоглобин. Обикновено хемоглобинът, който осигурява на развиващия се фетус (плод), кислород през кръвта, докато е в матката, се изключва около шест месеца след раждането и вместо него се включват гени за възрастен хемоглобин. Въпреки че не е ясно защо хемоглобинът за възрастни замества версията за плода, изследователите казват, че не са забелязали значителни разлики между двата вида, когато става въпрос за способността да транспортират кислород до клетките на тялото. Въпреки това, тъй като гените за възрастен хемоглобин не произвеждат здрави червени кръвни клетки при хора с бета таласемия и сърповидноклетъчна болест, една от стратегиите за лечение е да се въведат генетични промени, които отново да включват хемоглобина за фетуса.

В изпитванията на CRISPR Therapeutics, лекарите премахват клетките на костния мозък на пациентите, които съдържат стволовите клетки, които правят всички кръвни клетки, третират тези стволови клетки извън тялото с CRISPR, за да включат феталните гени за хемоглобин, след което дават на пациентите силна химиотерапия за отстраняване на съществуващите, болни стволови клетки на костния мозък и замяната им с клетки, редактирани от CRISPR. Тъй като тези клетки сега са променени, за да произвеждат хемоглобин за фетуса, нивата на хемоглобина в крайна сметка се повишават до нормалните нива за пациенти с бета таласемия, а червените кръвни клетки вече имат нормална форма и не са сърповидни клетки.

За хора с бета таласемия терапията за редактиране на ген може да означава края на живота изпълнен с трансфузии, а за пациентите със сърповидноклетъчна анемия, това да е първото лечение.

„Когато направим тази промяна [с редактиране на гени], схващането е, че това е трансформиращо, еднократно лечение за тези заболявания“, казва Самар Кулкарни, изпълнителен директор на CRISPR Therapeutics.

Кулкарни не разкрива колко далеч са стигнали изпитанията, но казва, че първият пациент с бета таласемия, лекуван с CRISPR, не се нуждае от трансфузии вече четири месеца. Той се надява да включи 45 души в това първо проучване за лечение чрез редактиране на гени, но планира да преразгледа безопасността на терапията, след като първите 17 души са били лекувани.

„Предварителните резултати са обнадеждаващ знак“, казва той. „Но това все още са ранни резултати.“ Ранни, но обещаващи.