(Anemia Falciforme-Immagine Credit Public Doimain).
Nel 2014, due anni dopo l’invenzione vincitrice del Premio Nobel dell’editing del genoma CRISPR-Cas9, Jennifer Doudna pensava che la tecnologia fosse sufficientemente matura per affrontare una cura per una devastante malattia ereditaria, l’anemia falciforme, che affligge milioni di persone in tutto il mondo. La maggior parte di loro di origine africana. Circa 100.000 neri negli Stati Uniti sono affetti dalla malattia.
Mobilitando i colleghi dell’allora nuovo Innovative Genome Institute (IGI) – una collaborazione di ricerca congiunta tra l’Università della California, Berkeley e l’UC San Francisco – Doudna ha cercato di riparare la singola mutazione che fa deformare i globuli rossi e intasare le arterie, causando atroci dolore e spesso morte. I trattamenti disponibili oggi in genere comportano trasfusioni regolari, sebbene i trapianti di midollo osseo possano curare coloro che possono trovare un donatore adatto.
Dopo sei anni di lavoro, quel trattamento sperimentale è stato ora approvato per la sperimentazione clinica dalla Food and Drug Administration statunitense, consentendo i primi test sull’uomo di una terapia basata su CRISPR per correggere direttamente la mutazione nel gene della beta-globina responsabile dell’anemia falciforme. La beta-globina è una delle proteine del complesso dell’emoglobina responsabile del trasporto di ossigeno in tutto il corpo.
Le prove, che dovrebbero durare quattro anni, saranno guidate dai medici dell’UCSF Benioff Children’s Hospital di Oakland e del Broad Stem Cell Research Center dell’UCLA che hanno in programma di iniziare questa estate per iscrivere sei adulti e tre adolescenti con grave anemia falciforme.
L’anemia falciforme è causata da una mutazione nel gene della beta-globina che fa deformare i globuli rossi a forma di falce (in primo piano) rispetto alla normale forma circolare vista sullo sfondo. Le cellule falciformi ostruiscono le arterie, causando dolore intenso e danni agli organi. Credito immagine: Innovative Genomics Institute, UC Berkeley
Il laboratorio di diagnostica clinica dell’IGI, che è stato costruito sotto la guida di Doudna per fornire test COVID-19 gratuiti alla comunità di Berkeley, svolgerà un ruolo chiave nel supporto analitico per la sperimentazione sviluppando la diagnostica per monitorare il benessere dei pazienti e monitorare l’efficienza del trattamento.
“Siamo motivati a lavorare per una cura che possa essere accessibile e conveniente per i pazienti di tutto il mondo”, ha affermato Doudna, Professore di biologia molecolare e cellulare e chimica dell’UC Berkeley e ricercatore dell’Howard Hughes Medical Institute. “L’avvio di questo processo è un primo passo essenziale su quel percorso”.
Altri studi hanno utilizzato con successo CRISPR-Cas9 per eliminare un gene che sopprime il gene dell’emoglobina fetale, che normalmente è disattivato negli esseri umani. Questa tecnica risveglia il gene fetale e, in almeno tre pazienti, ha alleviato i sintomi dell’anemia falciforme.
Il nuovo studio è su un gene knock-in: i ricercatori stanno utilizzando CRISPR-Cas9 per sostituire il gene difettoso della beta-globina con una versione riparata, con l’obiettivo di creare globuli rossi adulti normali e curare il disturbo.
“Questa terapia ha il potenziale per trasformare la cura dell’anemia falciforme producendo un trattamento curativo accessibile che è più sicuro dell’attuale terapia del trapianto di cellule staminali da un donatore di midollo osseo”, ha affermato il Dott. Mark Walters, Professore di pediatria presso l’UCSF e ricercatore principale del progetto di sperimentazione clinica e di editing genetico. “Se questo trattamento viene applicato con successo nei giovani pazienti, ha il potenziale per prevenire complicazioni irreversibili della malattia”.
I pazienti con anemisa falciforme utilizzano cellule staminali proprie
La tecnica, come con l’approccio alternativo che risveglia l’emoglobina fetale, richiede che alcune delle cellule staminali ematopoietiche del paziente – le cellule del midollo osseo che generano tutti i globuli rossi del corpo – vengano raccolte per l’editing genetico al di fuori del corpo. Dopo che queste cellule sono state rimosse, il midollo osseo rimanente viene distrutto con la chemioterapia per lasciare spazio alla crescita delle cellule staminali riparate e reinfuse.
Walters, che è anche il Jordan Family Director del Blood and Marrow Transplantation Program presso l’UCSF Benioff Children’s Hospital di Oakland, lavorerà con il medico-scienziato dell’UCLA, il Dottor Donald Kohn, che ha sviluppato terapie geniche per diverse malattie genetiche del sangue, inclusa una cura per una forma di immunodeficienza combinata grave (SCID). Kohn sta anche conducendo una sperimentazione clinica di un diverso tipo di terapia genica per l’anemia falciforme che prevede l’aggiunta di un nuovo gene alle cellule staminali dei pazienti per superare la mutazione dell’anemia falciforme.
“La terapia genica e l’editing genetico consentono a ciascun paziente di fungere da donatore di cellule staminali”, ha affermato Kohn, illustre Professore di microbiologia, immunologia e genetica molecolare, pediatria e farmacologia molecolare e medica presso la David Geffen School of Medicine dell’UCLA e un membro dell’UCLA Broad Stem Cell Research Center. “In teoria, questi approcci dovrebbero essere molto più sicuri di un trapianto da un’altra persona e potrebbero diventare universalmente disponibili perché eliminano la necessità di trovare l’ago in un pagliaio, ossia un donatore di cellule staminali abbinato”.
Kohn guiderà le attività di laboratorio e di sperimentazione clinica presso l’UCLA e supervisionerà tutta la produzione del prodotto farmaceutico, chiamato CRISPR_SCD001, per la sperimentazione clinica. Il lavoro preclinico per sviluppare questa terapia è stato finanziato dal California Institute for Regenerative Medicine; l’iniziativa per la cura delle cellule falciformi del National Heart, Lung, and Blood Institute e dalla Fondazione di beneficenza Doris Duke.
Fyodor Urnov, Direttore della tecnologia e traduzione dell’IGI e Professore di biologia molecolare e cellulare della UC Berkeley, supervisionerà le attività di bioinformatica e genomica per lo studio.
“È interessante notare che questa nuova sperimentazione proviene da un consorzio di istituzioni accademiche senza scopo di lucro incentivate con una visione a lungo termine per curare la malattia con una soluzione economica che può avvantaggiare a livello globale tutti coloro che ne hanno bisogno”, ha affermato Urnov.
L’anemia falciforme è causata da un singolo cambiamento nel codice DNA del gene della beta-globina. Il nuovo studio utilizza la nucleasi CRISPR-Cas9, una proteina Cas9 completamente assemblata e una sequenza di RNA guida mirata alla regione difettosa del gene della beta-globina, accompagnata da un breve segmento di DNA che codifica la sequenza corretta, per stimolare la riparazione della mutazione falciforme sostituendo il segmento di DNA normale a quello anormale. In questo approccio, le cellule staminali del sangue del paziente vengono prima trattate con impulsi elettrici che creano pori nelle loro membrane. Questi pori consentono alla piattaforma CRISPR-Cas9 di entrare nelle cellule staminali e viaggiare verso i loro nuclei per correggere la mutazione dell’anemia falciforme.
Vedi anche:Anemia falciforme: terapia genica una cura permanente
“L’obiettivo di questa forma di terapia di modifica del genoma è correggere la mutazione in un numero sufficiente di cellule staminali in modo che il sangue risultante in circolazione abbia corretto i globuli rossi”, ha detto Walters. “Sulla base della nostra esperienza con i trapianti di midollo osseo, prevediamo che la correzione del 20% dei geni dovrebbe essere sufficiente per competere con le cellule falciformi native e avere un forte beneficio clinico”.
Il protocollo di produzione finale utilizza un metodo privo di virus per modificare le cellule staminali del sangue ed è stato convalidato in studi preclinici di sicurezza/tossicologia eseguiti dopo aver consultato la FDA.
Future terapie CRISPR per l’anemia falciforme
Mentre i medici dell’UC portano l’attuale terapia CRISPR negli studi clinici, gli scienziati dell’IGI stanno lavorando per migliorare la tecnica in modo che, alla fine, la correzione della mutazione dell’anemia falciforme possa essere eseguita all’interno del corpo, senza rimuovere le cellule staminali o distruggere il midollo osseo. Poiché il midollo osseo produce anche globuli bianchi che ci proteggono dalle malattie, distruggendolo smorza il sistema immunitario e espone i pazienti a un rischio maggiore di infezione o addirittura di cancro fino a quando le cellule staminali corrette e infuse non possono moltiplicarsi e reintegrarsi.
Rappresentazione grafica di CRISPR-Cas9 che ripara la mutazione nel gene che causa l’anemia falciforme (mostrato in azzurro). Credito immagine: Innovative Genomics Institute
“Attualmente, stiamo facendo una terapia ex vivo, in cui si estraggono le cellule dal midollo osseo per correggere la mutazione all’esterno del corpo”, ha affermato Ross Wilson, direttore dell’erogazione terapeutica di IGI. “Ma durante questo periodo – potrebbero volerci mesi – il midollo osseo si sta riempiendo di nuovo. Di conseguenza, quando è il momento di infondere le cellule corrette, il paziente deve essere sottoposto a una chemioterapia aggressiva che ripulisce il midollo osseo e consente a quelle cellule corrette di trovare una casa”.
Wilson è ottimista sul fatto che lui e gli scienziati dell’IGI possano trovare un modo per inviare la terapia CRISPR direttamente al midollo osseo all’interno del corpo, utilizzando anticorpi per indirizzare l’enzima CRISPR alle cellule staminali corrette. Altri scienziati, che utilizzano virus ingegnerizzati o goccioline di grasso – nanoparticelle lipidiche – per trasportare l’enzima CRISPR nel corpo, finora hanno fallito.
“La molecola che stiamo cercando di fornire è fisicamente più piccola – un ottavo del diametro delle nanoparticelle che altre persone cercano di fornire al midollo osseo – e questo potrebbe fornire grandi vantaggi”, ha affermato. “Il nostro enzima auto-fornitore dovrebbe essere in grado di raggiungere il midollo osseo”. Qualunque sia la strategia di successo, ex vivo o in vivo, la piattaforma CRISPR sviluppata per l’anemia falciforme potrebbe trasformare la terapia genica per altre malattie. La cellula staminale ematopoietica è il seme dell’intero sistema immunitario, quindi tutti i disturbi del sangue possono teoricamente essere curati da una terapia con cellule staminali come questa“.
Fonte: UC Berkeley
