„Genetyczne nożyczki” mogą zrewolucjonizować medycynę. Potrzebne tam, gdzie lekarze są bezradni

Lekarze pobrali od Victorii jej komórki macierzyste ze szpiku kostnego, które produkują czerwone krwinki. W laboratorium wprowadzili zmiany w ich materiale genetycznym, wykorzystując metodę CRISPR/Cas9. Kobietę zaś poddali chemioterapii. W ten sposób zniszczyli nieprawidłowe komórki macierzyste krwi w szpiku kostnym. Na koniec zmodyfikowane genetycznie komórki wprowadzili do jej organizmu.

Dziś 38-letnia Victoria nie ma napadów bólu, pracuje na pełen etat i może „znowu marzyć bez ograniczeń”, jak powiedziała na kongresie. Jest pierwszą osobą, u której zastosowano terapię wykorzystującą metodę edycji genów CRISPR, czyli tzw. genetyczne nożyczki. Wkrótce potem nowatorskiej metodzie leczenia poddano kolejnych chorych na niedokrwistość sierpowatokrwinkową, a także na beta-talasemię, w której również powstają nieprawidłowe białka budujące hemoglobinę. Badania kliniczne, w których uczestniczyli, wypadły na tyle pomyślnie, że pod koniec 2023 r. urzędy ds. rejestracji leków w USA i Wielkiej Brytanii dopuściły tę terapię – o nazwie Casgevy – do stosowania, a w Europie odpowiedni urząd ma podjąć ostateczną decyzję w lutym, ale eksperci już wydali pozytywną rekomendację. Jest to pierwszy na świecie lek, który powstał dzięki metodzie edycji genów CRISPR. Za opracowanie tej nowatorskiej metody edycji genów dwie badaczki – prof. Emmanuelle Charpentier z Francji i prof. Jennifer A. Doudna z USA – otrzymały w 2020 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Decyzja o oficjalnym uznaniu tej metody otwiera nowy rozdział w leczeniu chorób, wobec których lekarze byli dotychczas bezradni. – To bardzo dobra wiadomość dla całego środowiska naukowego. W końcu po wielu latach badań w laboratoriach na zwierzętach i z udziałem ludzi mamy sukces. Pozytywne wyniki badań klinicznych dowodzą, że technologia CRISPR jest w tym przypadku bezpieczna i może być stosowana u pacjentów, u których inne metody leczenia nie przynoszą efektów. Jest też szansa, że inne terapie wykorzystujące technologię CRISPR także przejdą pozytywnie testy – mówi prof. Marta Olejniczak, biolog molekularna z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu.

Terapia, która została zastosowana u Victorii Gray, działa i budzi entuzjazm, ale naukowcy nie byliby sobą, gdyby nie podchodzili do niej z rezerwą. – Nie wiadomo, jakie efekty będzie dawała terapia po wielu latach i u większej grupy pacjentów – mówi prof. Olejniczak. W badaniu, które było podstawą do zarejestrowania terapii, uczestniczyło zaledwie 29 pacjentów z niedokrwistością sierpowatokrwinkową. 28 z nich nie odczuwało poważnych problemów bólowych przez co najmniej rok po leczeniu. Z kolei w badaniu dotyczącym beta-talasemii 39 z 42 pacjentów poddanych terapii nie potrzebowało transfuzji czerwonych krwinek przez co najmniej rok. – Musimy bacznie obserwować tych chorych i liczyć się z tym, że u części pacjentów mogą wystąpić efekty niepożądane, których dziś nie jesteśmy w stanie przewidzieć – tłumaczy prof. Olejniczak i przypomina, że w przypadku innych terapii genowych u niektórych pacjentów po pewnym czasie niespodziewanie rozwinęły się nowotwory krwi.

Prof. Olejniczak dodaje, że w przypadku chorób krwi procedura uzyskania komórek i podania z powrotem już „naprawionych” jest dość prosta. – Komórki szpiku łatwo pobrać od pacjenta, a potem łatwo je też dostarczyć do krwiobiegu. O wiele trudniej jest, kiedy nie są to choroby krwi, bo wtedy edycję genów należy wykonać bezpośrednio w organizmie pacjenta. W takich przypadkach system CRISPR należy dostarczyć do konkretnej tkanki, np. mózgu czy wątroby – mówi prof. Olejniczak, która pracuje nad terapią dla chorych na huntingtona.

Metoda Casgevy ma też istotne ograniczenie. – Nie polega ona na naprawieniu mutacji w genie kodującym hemoglobinę, a tak byłoby idealnie, lecz jedynie na uszkodzeniu innego genu poprzez jego przecięcie. Naukowcy wykorzystali technologię CRISPR/Cas9 do przecięcia genu, który hamuje produkcję hemoglobiny płodowej. Uaktywnienie genu hemoglobiny płodowej pozwala uzyskać efekt terapeutyczny – tłumaczy prof. Olejniczak. Hemoglobina płodowa jest wydzielana w organizmie płodu i noworodka do około szóstego miesiąca życia. Różni się ona od hemoglobiny dorosłych tym, że absorbuje większe ilości tlenu. Dzięki temu rozwijający się płód ma lepszy dostęp do tlenu z krwi matki. Po narodzinach kodujący hemoglobinę gen przestaje być aktywny, a włączony zostaje gen odpowiedzialny za wytwarzanie hemoglobiny dorosłych.

W laboratoriach na świecie już trwają badania nad ulepszeniem tej terapii – tak, aby za pomocą technologii CRISPR móc naprawiać mutacje. – Bo metoda ta daje możliwość nie tylko przecinania i uszkadzania genu, ale także naprawy małych zmian w DNA – dodaje prof. Olejniczak.

Wciąż nie wiadomo, dlaczego genetyczne nożyczki nie zawsze idealnie przecinają DNA. I dlaczego niektóre rejony DNA są niedostępne dla CRISPR/Cas9

To niejedyny problem, z którym mierzą się naukowcy. Z niewyjaśnionych powodów nie u wszystkich pacjentów terapia działa. – U części pacjentów wiele komórek ginie po ponownym wstrzyknięciu. Nie zagnieżdżają się w organizmie i nie produkują komórek krwi – mówi prof. Olejniczak.

Nie wiadomo także, dlaczego genetyczne nożyczki, jak nazywana jest technologia CRISPR/Cas9, nie zawsze idealnie przecinają DNA. Dlaczego niektóre rejony DNA są niedostępne dla CRISPR/Cas9, a w innych udaje się uzyskać stuprocentową skuteczność cięcia. Bywa też, że przecięcie nici DNA w jednym miejscu prowadzi do zmian w kilku innych rejonach genomu. Dlatego na razie ta metoda będzie wykorzystywana do leczenia chorych, u których zawiodły wszelkie inne terapie.

Jest jeszcze jeden powód, dla którego edycja genów na razie znajdzie zastosowanie tylko w nielicznych przypadkach. – Jest to metoda radykalna. Powoduje trwałą zmianę w genomie. Jeśli prawidłowo zastosujemy tę technologię, komórka będzie naprawiona na zawsze, ale gdy przypadkowo dojdzie do uszkodzenia innego ważnego genu, to niczego już nie możemy cofnąć – dodaje prof. Olejniczak.

Firma oferująca Casgevy nie poinformowała, jaka będzie cena jednorazowego zabiegu. Inne zarejestrowane terapie genowe, takie jak Zolgensma firmy Novartis na rdzeniowy zanik mięśni i Zynteglo firmy Bluebird bio na beta-talasemię, kosztują odpowiednio 2,1 mln dol. i 2,8 mln dol. W przypadku terapii opartej na CRISPR cena będzie podobna. Nie jest ona aż tak ogromna, jeśli weźmie się pod uwagę obecne koszty leczenia jednego pacjenta z niedokrwistością sierpowatokrwinkową w ciągu jego życia. W USA na leki, transfuzje krwi i wizyty w szpitalu trzeba wydać od 4 do 6 mln dol.

Jednak nie tylko koszt terapii może być barierą. Wszystkie terapie oparte na CRISPR znajdujące się obecnie w badaniach klinicznych nazywane są ex vivo, co oznacza, że ​​wymagają pobrania od pacjentów komórek szpiku kostnego, ich edycji poza organizmem, a następnie ponownego podania komórek. Jest to procedura wymagająca przeszczepienia szpiku kostnego i chemoterapii, aby zrobić miejsce na wszczepienie edytowanych komórek.

Alternatywnym podejściem byłyby terapie in vivo, podczas których składniki edytujące geny byłyby wstrzykiwane do organizmu pacjenta. Wyeliminowałoby to potrzebę przeszczepienia szpiku. Według prognoz przedstawionych przez Fundację Gatesów można by w ciągu 10 lat obniżyć koszt pojedynczej dawki do 1-2 tys. dol. Na to czekają głównie mieszkańcy Afryki. Tylko na niedokrwistość sierpowatokrwinkową choruje 4,4 mln ludzi na świecie, z czego 80 proc. w Afryce Subsaharyjskiej, a wskaźnik śmiertelności dzieci w wieku poniżej pięciu lat waha się w tym regionie od 50 do 80 proc.

O edycji genów CRISPR zaczęto mówić w 2011 r., kiedy Emmanuelle Charpentier, francuska mikrobiolożka pracująca na Umeå University w Szwecji, opublikowała wyniki badań dotyczących chorobotwórczej bakterii Streptococcus pyogenes. Uczona odkryła, że bakteria ta wytwarza białka, które mogą ciąć DNA w określonych miejscach. Rozpoczęła współpracę z Jennifer Doudną, biochemiczką z University of California w Berkeley. W 2012 r. wspólnie opracowały i opisały metodę CRISPR/Cas9, która pozwala na dokonywanie precyzyjnych cięć w genach.

Od tego czasu w setkach laboratoriów na świecie ruszyły badania nad wykorzystaniem tej technologii do wprowadzania zmian w materiale genetycznym. Na efekty nie trzeba było długo czekać. O jednym z najbardziej kontrowersyjnych eksperymentów świat dowiedział się w 2018 r. Chiński uczony He Jiankui z Południowo-Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Shenzhen poinformował o narodzinach genetycznie zmodyfikowanych dwóch dziewczynek. W genomie bliźniaczek, jeszcze na etapie ich życia zarodkowego, usunięto fragment genu CCR5, który pozwala wirusowi HIV na wtargnięcie do ludzkich komórek. Miało to uodpornić dziewczynki na zarażenie HIV i tym samym ochronić je przed AIDS.

Genetycy nazwali eksperyment „nieprzyzwoitym”. He Jiankui na filmie umieszczonym w internecie przekonywał co prawda, że wykorzystał technikę CRISPR/Cas9 w celach terapeutycznych. Podkreślił, że zakazane powinno być jej stosowanie do zwiększenia ilorazu inteligencji czy zmieniania koloru oczu. Ale to tłumaczenie nie uspokoiło naukowców. W 2019 r. He Jiankui został skazany w Chinach na trzy lata więzienia za nielegalne praktyki medyczne.

Obecnie prowadzonych jest lub już zostało zakończonych ponad 70 badań klinicznych z wykorzystaniem metody CRISPR. Mniej więcej połowa dotyczy leczenia raka. Zasada terapii jest prosta – od pacjenta chorego na nowotwór należy pobrać komórki odpornościowe, zmodyfikować je tak, aby skuteczniej atakowały komórki raka, i z powrotem mu je podać.

Jest też wielce prawdopodobne, że wkrótce zarejestrowana zostanie kolejna terapia powstała dzięki technologii CRISPR. Będzie przeznaczona dla osób dotkniętych rzadką chorobą genetyczną, która powoduje istotne podwyższenie poziomu cholesterolu i tym samym znacznie zwiększa ryzyko zawału serca czy udaru mózgu. Terapia ta sprawia, że zostaje wyłączony gen odpowiedzialny za wytwarzanie białka PCSK9. Białko to rozkłada enzym, który usuwa cholesterol z krwi. Gdy zatem białka tego nie ma, enzym jest obecny w organizmie i wpływa na obniżenie poziomu cholesterolu.

W badaniu, którego wyniki zostały przedstawione w listopadzie 2023 r. podczas kongresu American Heart Association, wzięło udział 10 pacjentów. U trzech z nich poziom cholesterolu LDL spadł od 39 do 55 proc. Efekt ten utrzymywał się przez sześć miesięcy. Badacze uważają, że będzie on trwały i pozwoli wyeliminować leki obniżające poziom cholesterolu, takie jak statyny, które chorzy muszą przyjmować regularnie.

Pytanie tylko, na ile terapia ta będzie dostępna dla pacjentów. Czy okaże się tak kosztowna, że dostawać ją będą jedynie najciężej chore osoby? A może jej cena spadnie na tyle, że zacznie być powszechnie stosowana?