Forskere tæt på genterapi-kur mod dødelig sygdom
Med et nyt gennembrud af CRISPR-teknologien håber forskere at være på tærsklen til den første genterapi-kur mod blodsygdommen seglcelleanæmi.
Seglcelleanæmi afrika genterapi-kur CRISPR-Cas9 genteknologi blodprocent

Seglcelleanæmi er en medfødt sygdom, som giver lav blodprocent. Nu har to hold forskere vist, at vi nærmer os en genterapi-behandling for patienterne med den revolutionerende teknologi CRISPR-Cas9. (Foto: Shutterstock)

Seglcelleanæmi er en oldgammel sygdom, hvis genetiske og molekylære årsag har været kendt i næsten 70 år: Én enkelt skrivefejl i ét bestemt gen.

Ikke desto mindre er det stadig en sygdom, som titusinder af mennesker - primært af afrikansk oprindelse - lider under med lav blodprocent, træthed, smerter og tidlig død.

Men inden for bare en måned har to hold forskere vist, at vi nærmer os en genterapi-behandling for patienterne, hvor man kan redigere genet med den revolutionerende nye teknologi CRISPR-Cas9.

»Det har været fantastisk at følge et forskningsprojekt fra dets spæde start og til et stadie, hvor det i bund og grund er klar til at blive testet i mennesker,« siger post.-doc. Rasmus O. Bak ved Stanford University School of Medicine i Californien, USA, som er førsteforfatter på det ene studie.

Sygdom giver lav blodprocent og tidlig død

Seglcelleanæmi er en medfødt sygdom, som giver lav blodprocent og skyldes én bestemt mutation i β-globin genet HBB, som laver hæmoglobin.

Hæmoglobin sørger for transporten af ilt i de røde blodlegemer.

Navnet seglcelleanæmi kommer, fordi det ændrede hæmoglobin får blodcellerne til at ændre form og ligne et segl, når iltniveauet er lavt. Det får de røde blodlegemer til at krølle og klumpe sammen, så blodkar rundt i kroppen kan stoppe til.

Der findes ingen behandling, som kan helbrede seglcelleanæmi, men knoglemarvstransplantation kan hjælpe børn, der er alvorligt syge. 

Baks studie er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature, og det andet studie for nyligt i Science Translational Medicine.

Baks studie bruger smart, ny, effektiv metode

I de nye studie beskriver forskerne, hvordan de kan tage blodstamceller fra patienter og redigere genet effektivt, så cellerne er klar til at sættes tilbage i patienten.

Det har forskere længe arbejdet på, men især Bak og kollegers studie viser en smart måde at gøre det mere effektivt.

»Studiet sætter nye rammer for, hvordan CRISPR-baserede ændringer kan indføres og for, hvordan teknologien kan overføres til kommende forsøgsbehandlinger,« siger professor Jacob Giehm Mikkelsen, som forsker i genterapi ved Institut for Biomedicin, Aarhus Universitet, men ikke har deltaget i studiet.

»På den måde nærmer denne strategi sig et niveau, hvor den vil kunne undersøges i kliniske forsøgsbehandlinger af patienter med seglcelleanæmi,« tilføjer han.

Blodsygdomme er oplagte til genterapi

Siden 1980'erne har genterapi været set som en muligt løsning, ikke bare for seglcelleanæmi, men for mere end 3.000 andre arvelige sygdomme og lidelser, som skyldes blot én enkelt mutation i ét enkelt gen.

Blodsygdomme som seglcelleanæmi har hele tiden været spået blandt de første, fordi man kan tage stamceller - der bliver til røde blodlegemer - fra knoglemarven, redigere genet i laboratoriet og så sætte dem tilbage i patienten.

Dermed har man patientens egne celler, som immunforsvaret ikke vil afstøde, og som i princippet kan blive ved med at producere raske blodlegemer resten af patientens liv.

Og man kommer uden om hele ’designer-baby’-spøgelset ved kun at rette i et organ (blodstamcellerne) og ikke røre kønscellerne. Dermed lever og dør de redigerede celler med andre ord med patienten.

Idéen er rigtig god, men de traditionelle genterapiteknikker, hvor man f.eks. bruger virus til at flytte raske gener ind i cellerne, er dyre og teknisk vanskelige, så der har været lidt langt mellem snapsene.

Om CRISPR

CRISPR gør det kort sagt næsten lige så let at redigere i generne som at redigere i en tekst på en computer.

Teknikken er billig, hurtig og så let, at tusindvis af laboratorier har kastet sig over den.

CRISPR er en revolution

Men opfindelsen af CRISPR-Cas9 i 2012 er genterapi i fuld gang med at blive en revolution.

Begge forskerhold viser nu, at de kan tage blodstamceller fra patienter og redigere HBB-genet med CRISPR-Cas9.

De to studier ligger på den måde meget tæt op ad hinanden, men Bak og kolleger har lige et par smarte finesser ekstra.

Effektiviteten skal øges

CRISPR-teknikken er stadig så ny, at en af de ting, forskerne udvikler på, er at øge effektiviteten af redigeringen.

»Gen-redigering i stamceller er stadig en forholdsvis ineffektiv proces,« siger Rasmus Bak.

Effektiviteten er meget vigtig, hvis teknikken skal bruges til at behandling af seglcelleanæmi, fordi man skal bruge hundrede millioner raske stamceller for at afhjælpe symptomerne, og så nytter det jo ikke noget, hvis det kun lykkes at redigere HBB-genet i nogle få celler.

Cas9 er en molekylær saks

Sidste år viste Bak og kolleger, at de kunne øge effektiviteten ved at modificere CRISPR-Cas9-systemet kemisk.

Modificeringen stabiliserede molekylerne, så de levede længere i cellerne og dermed kunne nå at gennemføre redigeringen.

Kort fortalt er Cas9 en molekylær saks, som klipper DNA'et meget præcist lige dér, hvor et lille ’guide’-molekyle dirigerer Cas9 hen.

Guiden består af RNA, som er ret skrøbeligt, og det var guiden, som forskerne stabiliserede.

Forskerne får hjælp af virus

Nu har de udviklet et nyt smart træk. Systemet har nemlig et tredje element - en DNA-skabelon - som cellen bruger, når den skal reparere DNA'et, efter Cas9-saksen har klippet.

Skabelonen har ganske enkelt den ’raske’ DNA-sekvens, så på den måde skriver cellen af fra den sunde skabelon og sletter mutationen i reparationsprocessen.

Bak og kolleger har brugt en harmløs virus (en virus baseret på AAV6, adeno-associeret virus serotype 6, som allerede tidligere har været brugt i kliniske forsøg) til at fragte DNA-skabelonen ind i cellen.

Kan sortere de syge celler væk fra patienten
Seglcelleanæmi afrika genterapi-kur CRISPR-Cas9 genteknologi blodprocent

Seglcelleanæmi er meget smertefuldt og kan føre til alvorlige problemer som organsvigt og tidlig død. (Foto: Frans Kuypers: RBClab.com, UCSF Benioff Children's Hospital Oakland)

Virussen er smart, fordi den kan fragte store mængder DNA med sig, så det, forskerne gør, er at sende et lille ekstra gen med. Det er genet for et ’håndtag’, som ikke gør andet end at blive udtrykt på celleoverfladen.

Men det listige er, at håndtaget gør det muligt at sortere de celler fra, som har fået skabelonen og håndtaget.

»Vi kan bruge mærkningen til at sortere de redigerede celler ud, så vi har en ren population af celler, der er blevet gen-korrigerede. Det betyder i praksis, at vi kan sortere de syge celler væk, så disse ikke transplanteres tilbage i patienten,« siger Rasmus Bak.

»Strategien gør det muligt at berige populationen af stamceller for celler med ændringer i HBB-genet, og det kompenserer så for den relativt lave grad af editering,« siger Jacob Giehm Mikkelsen.

Giver også store muligheder for andre sygdomme

Rasmus Bak peger også på, at virus-tricket giver store muligheder for genterapi med andre sygdomme som f.eks. β-talassæmi, der også skyldes mutationer i HHB-genet.

Sagen er den, at mutationerne varierer fra patient til patient og er spredt udover hele genet, så dér kan man bruge virussen til at lave én standardløsning for alle, simpelthen ved aflevere hele det raske gen som skabelon. Uden virussen vil genet være for stort.

Kliniske forsøg på trapperne

Samlet set er resultaterne så gode, at de åbner for kliniske forsøg på mennesker.

»Vi håber på, at de første forsøg i mennesker kan begynde i starten af 2018, og så har hele processen fra idé til kliniske forsøg taget omkring 3 år, hvilket er ekstremt hurtigt i denne branche, og det vidner om, hvor kraftfuldt et værktøj CRISPR-Cas9 er,« siger Rasmus Bak.

Sikkerheden skal på plads

Der mangler dog stadig nogle opfølgende forsøg, ikke mindst for sikkerheden.

Den største bekymring inden for genterapi er utilsigtede ændringer.

For selvom CRISPR-Cas9 er meget præcist, har forskere som bl.a. professor Gang Bao ved Georgia Institute of Technology i Atlanta, USA, tidligere vist, at CRISPR kan introducere nye mutationer andre steder i cellernes 6 milliarder DNA-bogstavers store arvemateriale.

Seglcelleanæmi afrika genterapi-kur CRISPR-Cas9 genteknologi blodprocent

Kort fortalt er Cas9 en molekylær saks, som klipper DNA'et meget præcist lige dér, hvor et lille ’guide’-molekyle dirigerer Cas9 hen. (Foto: Shutterstock)

»Vi arbejder faktisk sammen med Gang Bao's forskningsgruppe på at kortlægge mulige off-targets for Cas9, og det er et vigtigt element i at undersøge, om vores proces er sikker nok til at blive afprøvet i mennesker,« siger Bak.

Mareridtet er at give patienten kræft

Mareridtet er, at man kommer til at skabe en mutation, som får cellerne til at gro uhæmmet, så man godt nok helbreder seglcelleanæmi, men samtidig giver patienten kræft.

Og fordi der skal bruges hundrede millioner af stamceller, kan selv en lav frekvens på under 1 procent være for risikabel.

»I den anden artikel kiggede forskerne specifikt på 94 forskellige gener, som, man ved, kan skabe kræft, og de fandt ingen målbare off-target-mutationer‚« siger Rasmus Bak.

Det er den slags forsøg, som skal skaleres op, så forskerne følger tusindvis af mus, og hvis bare ingen af dem udvikler kræft, kan man gå videre. I modsat fald må man tilbage til tegnebordet.

Kan revolutionere genterapi for mange sygdomme

Men lykkes det, vil det ikke bare bane vejen for en behandling af seglcelleanæmi, men være revolutionerende for genterapi mod en bred vifte af blodsygdomme som β-talassæmi, SCID (severe combined immunodeficiency), Kronisk Granulomatøs sygdom og mange andre sjældnere sygdomme, samt endda HIV.

Og på længere sigt vil det skabe grobund for genterapi i bred forstand for de mere end 3.000 kendte medfødte sygdomme.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.