FDA одобрило первый тест CRISPR на генетический дефект, вызывающий серповидно-клеточную анемию

fdaодобрилопервыйтестcrisprнагенетическийдефектвызывающийсерповидноклеточнуюанемию

Пациенты с серповидными клетками, такие как Кассандра Тримнелл и Иви Джеймс Джуниор, и врач UCSF Марк Уолтерс, говорят о сильной боли, которую испытывают те с болезнью и потенциальными преимуществами лечения CRISPR. (Видео от Калифорнийского университета в Беркли по связям с общественностью; видео с Иви Джуниор, созданное Колином Уэзерби, любезно предоставлено Центром регенеративной медицины и исследования стволовых клеток Эли и Эдит Брод из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе)

В 2014, через два года после своего лауреата Нобелевской премии изобретения редактирования генома CRISPR-Cas9, Дженнифер Дудна считала, что технология достаточно зрелая, чтобы заняться лечением разрушительного наследственного заболевания, серповидно-клеточной анемии, от которой страдают миллионы людей. во всем мире, большинство из них африканского происхождения. Некоторый 100, 001 Черные люди в США поражены этой болезнью.

Мобилизуя коллег из тогда еще нового Института инновационного генома (IGI) – совместного исследовательского сотрудничества Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского университета в Сан-Франциско – они стремились исправить единственную мутацию, которая заставляет эритроциты деформироваться и закупоривают артерии, вызывая мучительную боль и часто смерть. Доступные сегодня методы лечения обычно включают регулярные переливания, хотя трансплантация костного мозга может вылечить тех, кто может найти подходящего донора.

После шести лет работы это экспериментальное лечение было одобрено для клинических испытаний. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, что позволило провести первые испытания терапии на основе CRISPR на людях для прямой коррекции мутации в гене бета-глобина, ответственного за серповидно-клеточную анемию. Бета-глобин – один из белков в комплексе гемоглобина, ответственных за перенос кислорода по всему телу.

Испытания, которые, как ожидается, продлятся четыре года, будут проводиться врачами UCSF Benioff. Детская больница Окленда и Исследовательский центр широких стволовых клеток Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые планируют начать этим летом набор шести взрослых и трех подростков с тяжелой серповидно-клеточной анемией.

Лаборатория клинической диагностики IGI, которая была построена под Руководство Дудны по предоставлению бесплатного COVID – 100, будет играть ключевую роль в аналитической поддержке исследования путем разработки диагностических средств для мониторинга состояния пациента и отслеживания состояния пациента. эффективность лечения.

«Мы мотивированы работать над лечением, которое будет доступно и доступно пациентам во всем мире», – сказал Дудна, профессор молекулярной и клеточной биологии и химии Калифорнийского университета в Беркли. и Медицинский институт Говарда Хьюза Электронный следователь. «Запуск этого испытания – важный первый шаг на этом пути».

Dr. Mark Walters in his lab

Д-р. Марк Уолтерс, профессор педиатрии в UCSF и семейный директор программы трансплантации крови и костного мозга в UCSF Benioff Youngsters’s Hospital Oakland, возглавляет клинические испытания. (Фото любезно предоставлено UCSF)

В других испытаниях CRISPR-Cas9 успешно использовался для выключения гена, подавляющего ген гемоглобина плода, который обычно отключен. в людях. Этот метод пробуждает ген плода и, по крайней мере, у трех пациентов, облегчил симптомы серповидно-клеточной анемии.

Новое испытание – это пробуждение гена: исследователи используют CRISPR-Cas9 для замены дефектного гена бета-глобина восстановленной версией с целью создания нормальных взрослых красных кровяных телец и излечения заболевания.

«Эта терапия может трансформировать серповидно-клеточные клетки. лечение заболеваний путем предоставления доступного лечебного лечения, которое является более безопасным, чем текущая терапия трансплантации стволовых клеток от донора костного мозга », – сказал доктор Марк Уолтерс, профессор педиатрии в UCSF и главный исследователь проекта клинических испытаний и редактирования генов. . «Если это успешно применяется у молодых пациентов, это может предотвратить необратимые осложнения болезни».

Другое клиническое испытание, также использующее CRISPR для прямой коррекции серповидноклеточной мутации, но с немного другой подход, который планируется начать в этом году. Его будет проводить Graphite Bio , основанный на исследованиях Мэтью Лаборатория Портеуса в Стэнфордском университете.

Пациенты сами являются донорами стволовых клеток

Метод, как и альтернативный подход, который повторно пробуждает гемоглобин плода, требует, чтобы некоторые из гемопоэтических стволовых клеток пациента – клетки костного мозга, которые генерируют все красные кровяные тельца тела – были собраны для редактирования генов вне тело. После удаления этих клеток оставшийся костный мозг разрушается химиотерапией, чтобы дать место для роста восстановленных и повторно введенных стволовых клеток.

Donald Kohn in his UCLA lab

Доктор. Дональд Кон, выдающийся профессор микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики, педиатрии, молекулярной и медицинской фармакологии в Медицинской школе Дэвида Геффена при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и член Исследовательского центра широких стволовых клеток Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, участвует в различных исследованиях генной терапии заболеваний. такие как ТКИД и серповидноклеточная анемия. (Фотография любезно предоставлена ​​Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе)

Уолтерс, который также является семейным директором программы трансплантации крови и костного мозга в UCSF Benioff Youngsters’s Hospital Oakland, будет работал с доктором Дональдом Коном из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который разработал генную терапию для нескольких генетических заболеваний крови, включая лекарство от формы тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИД). Кон также возглавляет клиническое испытание другого типа генной терапии серповидноклеточной анемии , который включает добавление нового гена к стволовым клеткам пациентов для преодоления мутации серповидных клеток.

«Генная терапия и редактирование генов позволяют каждому пациенту выступать в качестве донора собственных стволовых клеток. – сказал Кон, выдающийся профессор микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики, педиатрии, молекулярной и медицинской фармакологии в Дэвида Геффена. Медицинский факультет UCLA и член UCLA Broad Stem Центр исследования клеток . «Теоретически эти подходы должны быть намного безопаснее, чем трансплантация от другого человека, и могут стать повсеместно доступными, поскольку они устраняют необходимость искать иголку в стоге сена, которая является подходящим донором стволовых клеток».

Кон будет руководить лабораторными и клиническими исследованиями в UCLA и контролировать производство лекарственного препарата под названием CRISPR_SCD 10 для клинических испытаний. Доклиническая работа по разработке этой терапии финансировалась Калифорнийским институтом регенеративной медицины; Инициатива по лечению серповидных клеток под руководством Национального института сердца, легких и крови; и Благотворительный фонд Дорис Дьюк.

Федор Урнов, директор IGI по технологиям и переводам и профессор молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли, будет курировать деятельность по биоинформатике и геномике для исследования.

«Примечательно, что это новое испытание проводится консорциумом некоммерческих академических учреждений, заинтересованных в долгосрочном видении лечения болезни с помощью доступного решения, которое может принести пользу каждому во всем мире. кому это нужно, – сказал Урнов.

Fyodor Urnov

Федор Урнов, директор IGI по технологиям и переводам, будет курировать биоинформатику и геномику в клинических испытаниях. (Фото Кигана Хаузера)

Серповидноклеточная болезнь вызывается одним изменением в коде ДНК гена бета-глобина. В новом испытании используется нуклеаза CRISPR-Cas9 – полностью собранный белок Cas9 и направляющая последовательность РНК, нацеленная на дефектную область гена бета-глобина, сопровождаемую коротким сегментом ДНК, кодирующим правильную последовательность – для стимуляции восстановления серповидной мутации путем замены нормальный сегмент ДНК для аномального. При таком подходе стволовые клетки крови пациента сначала обрабатываются электрическими импульсами, которые создают поры в их мембранах. Эти поры позволяют платформе CRISPR-Cas9 проникать в стволовые клетки и перемещаться к их ядрам, чтобы исправить мутацию серповидных клеток.

«Цель этой формы терапии по редактированию генома – исправить мутации в достаточном количестве стволовых клеток, поэтому циркулирующая кровь скорректировала эритроциты », – сказал Уолтерс. «Основываясь на нашем опыте трансплантации костного мозга, мы прогнозируем, что корректирующая 101% генов должно быть достаточным, чтобы превзойти нативные серповидные клетки и иметь сильное клиническое преимущество ».

В окончательном производственном протоколе используется безвирусный метод редактирования стволовых клеток крови, который был подтвержден доклиническими исследованиями безопасности / токсикологии, проведенными после консультации с FDA.

Будущие терапии CRISPR

Пока врачи UC принимают текущую терапию CRISPR В клинические испытания ученые IGI работают над улучшением этой техники, чтобы, в конечном итоге, исправить серповидно-клеточную мутацию внутри организма, не удаляя стволовые клетки и не разрушая костный мозг. Поскольку костный мозг также производит лейкоциты, которые защищают нас от болезней, их разрушение ослабляет иммунную систему и подвергает пациентов повышенному риску инфекции или даже рака до тех пор, пока введенные исправленные стволовые клетки не смогут размножаться и пополняться.

graphic showed abnormal sickled red blood cells and normal RBCs

Серповидно-клеточная анемия вызывается мутацией в гене бета-глобина, которая заставляет красные кровяные тельца деформироваться в серповидную форму (на переднем плане) по сравнению с нормальной круглой формой, видимой на заднем плане. Серповидные клетки закупоривают артерии, что приводит к сильной боли и повреждению органов. (Изображение любезно предоставлено Институтом инновационной геномики, Калифорнийский университет в Беркли)

«В настоящее время мы проводим терапию ex vivo, при которой вы берете клетки из костного мозга, чтобы исправить мутацию вне тела », – сказал Росс Уилсон, директор по терапевтическим вопросам IGI. «Но за это время – это могут быть месяцы – костный мозг восстанавливается. В результате, когда пришло время вливать исправленные клетки, пациент должен пройти агрессивную химиотерапию, которая очищает костный мозг и позволяет этим исправленным клеткам найти дом ».

Уилсон оптимистично настроен по поводу того, что он и ученые IGI смогут найти способ направить терапию CRISPR непосредственно в костный мозг внутри тела, используя антитела для нацеливания фермента CRISPR на нужные стволовые клетки. Другие ученые, которые используют искусственно созданные вирусы или жировые капли – липидные наночастицы – для переноса фермента CRISPR в организм, пока потерпели неудачу.

«Молекула, которую мы пытаемся доставить, физически меньше – одна восьмая диаметра наночастиц, которые другие люди пытаются доставить в костный мозг, – и это может принести большую пользу », – сказал он. «Наш самодоставляющийся фермент должен достичь костного мозга».

Графическое изображение CRISPR-Cas9 восстанавливает мутацию в гене, вызывающем серповидно-клеточную анемию (показано голубым). (Изображение Калифорнийского университета в Беркли любезно предоставлено Revolutionary Genomics Institute)

Независимо от успешной стратегии, ex vivo или in vivo, платформа CRISPR, разработанная для серповидноклеточной анемии, может трансформировать генную терапию для лечения других заболеваний.

«Это видение IGI: первая серповидная клетка, но наши усилия будут иметь волновой эффект, позволяющий вылечить заболевания крови в целом, такие как бета-талассемия, а также болезни иммунной системы », – сказал он. «Гематопоэтические стволовые клетки – это семя для всей иммунной системы, поэтому все заболевания крови теоретически можно вылечить с помощью такой терапии стволовыми клетками».

СВЯЗАННАЯ ИНФОРМАЦИЯ