CRISPR je ove godine postigao veliku prekretnicu liječenjem bolesti unutar tijela—evo što je sljedeće za ovu tehnologiju.
Prošlo je gotovo desetljeće otkako je par biologa otkrilo CRISPR, tehnologiju za uređivanje gena koja znanstvenicima omogućuje relativno lako uređivanje DNK. Prošle su godine dvije znanstvenice – Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier – podijelile Nobelovu nagradu za svoj rad. Od otkrića, znanstvenici diljem svijeta istražuju kako bi se metoda mogla koristiti u liječenju bolesti od anemije srpastih stanica do HIV-a.
Do sada su znanstvenici koristili CRISPR za liječenje bolesti uklanjanjem nekih stanica osobe i primjenom tehnologije za uređivanje gena na stanice u laboratoriju. U slučaju anemije srpastih stanica, na primjer, kada se crvene krvne stanice deformiraju i ne funkcioniraju pravilno, liječnici će ukloniti stanice zvane hematopoetske matične stanice, koje će se na kraju pretvoriti u crvena krvna zrnca i druge krvne Stanice. Zatim primjenjuju tehnologiju za uređivanje gena na te stanice, čime se prave promjene kako bi se riješio genetski defekt koji uzrokuje neispravne krvne stanice, i ubacuju stanice natrag u tijelo.
No tijekom proteklih nekoliko godina istraživači su eksperimentirali s novom taktikom: ubrizgavanjem tehnologije za uređivanje DNK izravno u krvotok. Ova metoda ima nekoliko prednosti, uključujući mogućnost liječenja šireg spektra bolesti s većom lakoćom i nižim troškovima. U isto vrijeme, neki istraživači prave stanku, napominjući da ova nova metoda donosi rizike, uključujući pogrešno uređivanje zdravih gena bez dobrog načina da se to zaustavi.
“Mislim da svakako trebamo biti oprezni u pogledu svake nove tehnologije”, kaže Qiaobing Xu, izvanredni profesor biomedicinskog inženjerstva na Sveučilištu Tufts. U isto vrijeme, kaže on, treba postojati "spremnost da se tehnologija pomakne naprijed."
CRISPR tehnologija brzo napreduje
U maloj studiji od šest osoba, objavljenoj u New England Journal of Medicine prošlog mjeseca, istraživači su pokušali liječiti šest osoba s rijetkom genetskom bolešću zvanom transtiretinska amiloidoza novom tehnologijom koja isporučuje CRISPR izravno u stanice u jetri. Transtiretinska amiloidoza uzrokuje nakupljanje neispravnog proteina zvanog amiloid u tijelu, što rezultira progresivnim oštećenjem živaca i, u mnogim slučajevima, zatajenjem srca. Simptomi se mogu pojaviti već u kasnim dvadesetim godinama, a bolest je obično smrtonosna sedam do 12 godina nakon pojave simptoma. “To je doista užasna bolest”, kaže Julian Gillmore, profesor medicine na Royal Free bolnici University College London i glavni autor studije.
Studija je prvi dio ranog kliničkog ispitivanja lijeka nazvanog NTLA-2001, koji pakira tehnologiju CRISPR unutar sićušne mrlje koja se naziva lipidna nanočestica. Spremnici prenose tehnologiju za uređivanje gena u jetru, gdje se proizvodi gotovo sav transtiretin, neispravni protein. Tamo tehnologija CRISPR počinje ispravljati neispravne stanice sve dok jetra ne proizvede ispravnu verziju transtiretina.
[Povezano: Liječnici su prvi put u SAD-u promijenili nečije gene s CRISPR-om. Evo što bi moglo biti sljedeće.]
Primarni cilj studije bio je ispitati sigurnost liječenja, ali budući da višak amiloida uzrokuje simptome povezano s bolešću, svako smanjenje simptoma uočeno tijekom eksperimentalnog ispitivanja ukazuje na to da liječenje djeluje. Sudionici studije podijeljeni su u dvije skupine: tri osobe koje su dobile manju dozu lipidnih nanočestica infuziranih CRISPR-om i tri osobe koje su dobile nešto veću dozu. Za one koji su primili nižu dozu, količina neispravnih jetrenih stanica smanjila se za oko polovicu, a oni u skupini s višom dozom zabilježili su smanjenje neispravnih stanica za gotovo 90 posto.
Studija je još u tijeku; istraživači će nastaviti testirati čak i veće doze lijeka kako bi vidjeli koja je najsigurnija i najučinkovitija. Također će pratiti sve sudionike dvije godine nakon što su primili tretman kako bi pratili bilo koji dugoročni učinci, poput raka ili drugih genetskih stanja koja mogu biti uzrokovana slučajnim genom promjene. Ovi učinci posebno su zabrinuti kod CRISPR-a. Da biste razumjeli zašto, korisno je znati nešto više o tome kako tehnologija funkcionira.
Pucanj u mraku
CRISPR je kratica za "skupljena redovito međusobno raspoređena kratka palindromska ponavljanja." Bakterije sadrže kratke, ponavljajuće genetske sekvence kroz svoje gene. Između ovih segmenata bakterije pohranjuju genetske sekvence virusa koji su prethodno zarazili organizam. Zadržavajući komadiće invazivnih mikroorganizama, zaražene bakterije mogu "pamtiti" i napadati viruse s tim genima tako da ih režu kada ponovno napadnu. Protein nazvan Cas-9 (Cas je kratica za "povezan s CRISPR-om") odgovoran je za rezanje genetskog materijala napadačkih virusa. Proučavajući ovaj sustav, Doudna i Charpentier shvatili su da mijenjanjem biološkog "vodiča" proteina koji se koristi, mogu dobiti protein Cas-9 kako bi napravili rez u DNK gdje god žele u genomu, tako da se svi geni mogu deaktivirati ili novi umetnut.
Iako je uređivanje gena postojalo i prije CRISPR-a, novu tehnologiju bilo je znatno lakše implementirati, a u usporedbi s ranijim tehnikama daleko je jeftinija. Ali ima i ograničenja. CRISPR tehnologija može "tolerirati netočne sekvence", kaže Martin Schiller, izvršni direktor Nevade Institut za personaliziranu medicinu i profesor znanosti o životu na Sveučilištu Nevada koji nije bio uključen u studija. To znači da može imati ono što se naziva efektima izvan cilja - može uređivati sekvence koje su gotovo, ali ne baš, identične neispravnim genima za koje je tehnologija dizajnirana da ih ispravi. To može imati ozbiljne posljedice, kaže Schiller. Na primjer, genetska mutacija mogla bi pogrešno uputiti stanice da se nekontrolirano dijele, uzrokujući rak.
Ovaj potencijal štete komplicira jednu od glavnih prednosti nove tehnologije, a to je da omogućuje CRISPR-u da dosegne sve ili većinu jetrenih stanica. Trenutno ne postoji drugi način korištenja CRISPR-a za liječenje bolesti jetre, rekao je Xu. Iako je moguće uređivati stanice jetre izvan tijela, liječnici ne mogu ukloniti nečiju jetru kako bi uredili svaku stanicu na ovaj način, a uređivanje samo nekih stanica ne bi učinkovito liječilo bolest. Bilo je nekih istraživanja o uređivanju matičnih stanica jetre izvan tijela, što bi utjecalo na sve stanice jetre, ali to bi bilo skuplje i moglo bi biti teško prikupi dovoljno stanica, rekao je Xu. S druge strane, kada znanstvenici koriste CRISPR izvan tijela, kaže Schiller, mogu sekvencirati genome kako bi otkrili bilo kakvog lažnjaka uređivanje. Ali kada se uređivanje odvija u tijelu, oni ne mogu znati je li nešto pošlo po zlu.
Istraživači u studiji poduzeli su mjere opreza kako bi izbjegli neciljane učinke. U predkliničkim testiranjima na stanicama ljudske jetre, upotrijebili su računalni program za identifikaciju područja u riziku od pogrešnog ciljanja CRISPR-om. Otkrili su da su sva područja u nekodirajućim regijama genoma - koliko znanstvenici mogu reći, ovi slijedovi DNK ne rade ništa. Unatoč tome, kada su ispitivali ta područja u uzorku stanica ljudske jetre u petrijevoj zdjelici u laboratoriju, nisu pronašli nikakve učinke izvan cilja.
Gillmorea, glavnog autora studije, umirio je ovaj nalaz. Ali nisu svi uvjereni da tehnologija uvijek neće polučiti posljedice. Studija je bila mala, naglašava Schiller, zbog čega je bilo gotovo nemoguće znati je li, na primjer, slučaj da se kod sudionika razvije rak u dvije godine povezuje s ispitivanjem ili bi se to ipak dogodilo. "To je pucanj u prazno", kaže. "Ne znamo što će se dogoditi."
Budućnost CRISPR-a
Ovaj novi napredak slijedi gotovo desetljeće znanstvenika koji istražuju nove terapeutske upotrebe CRISPR-a. Godine 2019. CRISPR je prvi put testiran na ženi s bolest srpastih stanica, a prošle su godine znanstvenici prvi put ubrizgali CRISPR izravno u tijelo—u oko, kako bi testirali liječenje rijetkog genetskog stanja koje uzrokuje sljepoću. Liječenje HIV-a koje uključuje CRISPR također se činilo uspješnim kada testiran na miševima, iako još nije testiran na ljudima. Testiraju se imunoterapijski tretmani koji koriste CRISPR za modificiranje imunoloških stanica kako bi mogle bolje napadati rak.
[Povezano: Dvije su žene upravo osvojile tNobelovu nagradu za njihov rad na tehnici uređivanja gena CRISPR]
Gillmoreov i Tuftov Xu, koji nije bio uključen u studiju, vide novu tehnologiju kao proboj, i, iako priznaju da uvijek postoje rizici s uređivanjem gena, misle da bi se to moglo primijeniti na druge bolesti koje utječu na stanice jetre u budućnost. Intellia Therapeutics, biotehnološka tvrtka koja je vodila razvoj NTLA-2001 i financirala ispitivanje zajedno s farmaceutskom tvrtkom Regeneron, već je stvorila izmijenjeni verzija lijeka za liječenje nasljednog angioedema, genetske bolesti koja uzrokuje spontane epizode jakog oticanja ispod kože, za koju se nadaju da će uskoro testirati narod. Kao i kod transtiretinske amiloidoze, ovaj bi lijek išao u stanice jetre, ciljajući gen koji utječe na prekomjernu proizvodnju proteina bradikinina, što dovodi do otekline.
Ali Schiller još uvijek ima neke rezerve glede potencijala nove metode. Budući da CRISPR može imati potencijalno štetne učinke izvan cilja, on ne vidi da će se široko koristiti u budućnosti na isti način na koji je korišten u ovoj studiji. Umjesto toga, on sumnja da će se CRISPR i dalje koristiti uglavnom kao što je i bio - uređivanje gena kada su stanice izvan tijela. Također vidi više obećanja u drugom pristupu uređivanja gena s manje uređivanja izvan cilja, tzv TALEN, za liječenje bolesti, za koje, iako je teže i skuplje za korištenje, smatra da bi moglo biti sigurnije.
Sva trojica se ipak slažu da će uređivanje gena igrati ključnu ulogu u budućnosti medicine. U svom vlastitom istraživanju, Xu radi na razvoju tehnologija koje bi mogle isporučiti gensku terapiju različitim organima, ne samo jetri, koristeći istu vrstu lipidnih nanočestica. Nada se da će ovaj novi napredak pratiti tehnologije koje mogu ciljati na druge organe. Također vidi potencijal za CRISPR za rješavanje drugih neizlječivih ljudskih bolesti, poput Huntingtonove i Alzheimerove bolesti, koje mogu imati genetske komponente.
"Ako možemo koristiti CRISPR za liječenje tih bolesti", kaže on, "to zapravo može donijeti veliku korist društvu."