Исследователи из Дана-Фарбер / Бостонского детского центра рака и заболеваний крови и Медицинской школы Массачусетского университета разработали стратегию лечения двух наиболее распространенных наследственных заболеваний крови – серповидноклеточной анемии и бета-талассемии – с применением редактирования гена CRISPR-Cas9 для пациентов. ‘собственные стволовые клетки крови. Описанный на этой неделе в Nature Medicine и в январском отчете в журнале Blood, их подход преодолевает предыдущие технические проблемы, редактируя стволовые клетки крови более эффективно, чем в прошлом.
Два исследования показывают, что отредактированные геном клетки генерируют генетически скорректированные эритроциты, производящие функциональный гемоглобин.
"Мы думаем, что наша работа определяет стратегию, которая может привести к излечению от распространенных нарушений гемоглобина," говорит Даниэль Бауэр, MD, Ph.D., лечащий врач Dana-Farber / Boston Children’s и старший автор обеих статей. "Сочетание редактирования генов с трансплантацией аутологичных стволовых клеток может быть терапией серповидноклеточной анемии, бета-талассемии и других заболеваний крови."
По данным Всемирной организации здравоохранения, вместе серповидно-клеточная анемия и бета-талассемия ежегодно влияют на 332 000 зачатий или родов во всем мире. Оба заболевания связаны с мутациями в гене белка бета-глобина. При бета-талассемии мутации препятствуют выработке эритроцитами достаточного количества молекулы гемоглобина, переносящей кислород, что приводит к анемии. При серповидно-клеточной анемии мутация приводит к изменению формы гемоглобина, превращая эритроциты в жесткие "серп" формы, которые закупоривают кровеносные сосуды.
Более эффективное редактирование
В исследовании Nature Medicine использовалась технология CRISPR-Cas9, в частности белок Cas9, модифицированный командой под руководством Скота Вулфа, доктора философии.D. в Медицинской школе Университета Массачусетса, чтобы оптимизировать редактирование генов. В предыдущих попытках редактировать геномы стволовых клеток крови человека и клеток-предшественников эффективность, специфичность и долговременная стабильность изменений после того, как клетки приживаются в костном мозге, менялись. Новый метод улучшает адресность и долговечность редактирования.
"Эффективное редактирование популяции стволовых клеток крови – в идеале со скоростью, приближающейся к 100 процентам – имеет решающее значение для достижения стойкого терапевтического эффекта для пациентов," говорит Вулф, профессор кафедры молекулярной, клеточной и онкологической биологии Медицинской школы Университета Массачусетса. "Прогресс в достижении этой цели достигается за счет вклада нескольких лабораторий в научное сообщество. Моя исследовательская группа в сотрудничестве с лабораторией Бауэра сосредоточилась на повышении эффективности доставки и проникновения в ядро технологии CRISPR-Cas9 для достижения почти полного терапевтического редактирования всей популяции стволовых клеток крови."
Команда Бауэра использовала эту стратегию для целенаправленного редактирования. Предыдущая работа в Boston Children’s показала, что инактивация гена BCL11A позволяет эритроцитам продолжать продуцировать эмбриональную форму гемоглобина даже после рождения. Гемоглобин плода не вызывает серповидности и может заменить дефектный "взрослый" гемоглобин. Совсем недавно Бауэр обнаружил более безопасную цель: генетический усилитель BCL11A, который активен только в красных кровяных тельцах.
"Благодаря нашему новому очень эффективному протоколу мы можем редактировать энхансер BCL11A почти во всех собираемых нами стволовых клетках крови, преодолевая некоторые технические проблемы редактирования этих клеток," говорит Бауэр. "В наших экспериментах более 95 процентов копий энхансерной последовательности были изменены таким образом, который, как мы ожидаем, будет терапевтическим."
Стратегия позволила мышам, несущим стволовые клетки крови пациентов с серповидно-клеточной анемией, производить красные кровяные тельца с достаточным количеством гемоглобина плода для предотвращения серповидно-клеточного синдрома. Команда показала, что отредактированные геном клетки, возвращенные в кровоток, приживаются в костном мозге и производят генетически скорректированные эритроциты. Позже, когда у этих мышей были выделены стволовые клетки крови и трансплантированы другим мышам, клетки прижились снова, все еще неся терапевтические изменения генов.
Примененная к стволовым клеткам крови пациентов с бета-талассемией, та же стратегия восстановила нормальный баланс цепей глобина, составляющих гемоглобин.
Другое исследование, опубликованное в Blood, использовало аналогичный протокол редактирования генов для нацеливания на формы бета-талассемии, которые связаны с мутациями сплайсинга – ошибками в фрагментах ДНК рядом с геном бета-глобина, которые изменяют способ считывания гена для сборки бета-глобина. белок. В этом исследовании девять пациентов с бета-талассемией пожертвовали свои клетки, которые обрабатывались в чашке. Для некоторых пациентов команда UMass произвела другой фермент, Cas12a, чтобы более эффективно воздействовать на их мутации. Система CRISPR эффективно редактировала и восстанавливала нормальный сплайсинг белка бета-глобина в клетках крови каждого из пациентов.
Подготовка почвы для клинических испытаний
Исследователи предпринимают шаги, чтобы довести свою стратегию редактирования энхансера BCL11A до клиники. Они разрабатывают расширенный протокол клинического уровня для производства клеточных продуктов и проводят исследования безопасности, необходимые для получения разрешения от FDA. Они планируют получить финансирование от инициативы Национального института сердца, легких и крови по лечению серповидных клеток, чтобы запустить клинические испытания на пациентах.
Dana-Farber / Boston Children’s уже начала клинические испытания генной терапии серповидноклеточной анемии. Такой подход увеличивает производство гемоглобина плода, подвергая стволовые клетки крови пациентов воздействию лентивируса, несущего инструкции по отключению гена BCL11A в предшественниках красных кровяных телец.
Бауэр считает важным придерживаться обоих подходов. "Эти состояния являются очень распространенными наследственными заболеваниями и особенно часто возникают в тех частях мира, где ресурсы весьма ограничены," он говорит. "Поэтому нам нужен широкий набор терапевтических возможностей, чтобы лечение было доступно как можно большему количеству пациентов."
Юйсюань Ву и Цзин Цзэн из Dana-Farber / Boston Children’s являются соавторами статьи о медицине природы; Бауэр является автором-корреспондентом. Шуцянь Сюй из Dana Farber / Boston Children’s является первым автором статьи о крови; Бауэр и Вульф – соавторы-корреспонденты.
Работа была поддержана Программой трансляционных исследований в Бостонской детской больнице, Национальными институтами здравоохранения (NHLBI, NHGRI, NIAID, NIGMS, NIDDK), bluebird bio, Гарвардским институтом стволовых клеток, Институтом стволовых клеток Св. Консорциум совместных исследований детской исследовательской больницы Джуда, Фонд Burroughs Wellcome, Американское общество гематологов и благотворительная организация Doris Duke Charitable, Charles H. Основы анемии Худ и Кули.
Бостонская детская больница является акционером bluebird bio, и несколько авторов подали заявки на патенты, связанные с терапевтическим редактированием генов.
Бостонская детская больница может получить финансовую выгоду, если изучаемая технология окажется полезной. Как и во всех исследованиях, Больница предприняла и будет продолжать предпринимать все необходимые шаги для обеспечения безопасности объектов исследования, а также достоверности и целостности информации, полученной в результате этого исследования.