Περίπου 40 χρόνια μετά την πρώτη επέμβαση σε έμβρυο για τη διόρθωση καταστροφικών ανωμαλιών, οι ερευνητές έχουν κάνει το πρώτο βήμα για τη θεραπεία των γενετικών νόσων πριν τη γέννηση, μέσω γενετικής τροποποίησης. Μία ομάδα επιστημόνων ανέφερε τη Δευτέρα ότι χρησιμοποίησαν την τεχνική CRISPR για να τροποποιήσουν το DNA ποντικών στη μήτρα της μητέρας, έτσι ώστε να εξαλείψουν μία συχνά θανατηφόρο νόσο του ήπατος πριν από τη γέννηση των ζώων.

Η έρευνα, η οποία διεξήχθη από μία ομάδα του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια, είναι ακόμα σε αρχικό στάδιο. Αν και η εφαρμογή της τεχνικής CRISPR σε ανθρώπινα έμβρυα θα χρειαστεί ακόμα πολλά χρόνια έρευνας, ο Δρ Γουίλιαμ Περαντό, επικεφαλής της έρευνας δήλωσε ότι αυτό είναι το πρώτο βήμα για τη θεραπεία των γενετικών νόσων πριν από τη γέννηση.

«Χρειάζονται ακόμα πολλές έρευνες σε ζώα πριν καν σκεφτούμε να εφαρμόσουμε αυτή την τεχνική στον άνθρωπο», είπε. «Ωστόσο πιστεύω ότι κάποια στιγμή θα μπορεί να γίνεται με την ίδια ευκολία που γίνονται σήμερα οι επεμβάσεις στα έμβρυα και το γεγονός αυτό θα μειώσει σημαντικά τη νοσηρότητα και τη θνησιμότητα».

Ο Σάιμον Γουάντινγκτον από το Πανεπιστήμιο του Λονδίνου, ο οποίος θεωρείται πρωτοπόρος της έρευνας σχετικά με τις γονιδιακές θεραπείες στα έμβρυα αποκάλεσε την προσέγγιση μέσω της CRISPR «μία εκλεπτυσμένη βελτίωση της τεχνολογίας» που είχε χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα στις έρευνες σε ζώα.

Η επιτυχία της έρευνας στα έμβρυα ποντίκια αυξάνει την πιθανότητα ότι, ακόμα και πριν η παραδοσιακή γονιδιακή θεραπεία μπορεί να θεραπεύσει κληρονομικές διαταραχές στη μήτρα, η γενετική τροποποίηση μπορεί να αποτελέσει μία πιο ασφαλή και πιο αποτελεσματική προσέγγιση. Στην παραδοσιακή γονιδιακή θεραπεία, ένα ολόκληρο υγιές γονίδιο μεταφέρεται, τυπικά μέσω ενός ιού, στα κύτταρα που περιέχουν ένα ανεπιθύμητο γονίδιο. Με την τεχνική CRISPR, αλλάζει μόνο το μεταλλαγμένο κομμάτι του γονιδίου.

«Πιστεύουμε ότι αυτός είναι ένας πιο ασφαλής και πιο ακριβής τρόπος να κάνουμε αλλαγές στο γονιδίωμμα», είπε ο Δρ Κίραν Μουσουνούρου, ο άλλος επικεφαλής της έρευνας. «Αυτός είναι ο καλύτερος τρόπος αν θέλουμε να εντάξουμε την τεχνική CRISPR στην κλινική».

Η λογική για τη γονιδιακή θεραπεία στα έμβρυα είναι απλή: μπορεί να σταματήσει μία νόσο πριν αρχίσει να προκαλεί ανεπανόρθωτες βλάβες στο έμβρυο. Στους ανθρώπους, η κληρονομική ηπατική νόσος που εξέτασαν οι ερευνητές στα ποντίκια, η οποία λέγεται κληρονομική τυροσιναιμία τύπου 1, ξεκινά να προκαλεί βλάβες στο ήπαρ αρκετούς μήνες πριν από τη γέννηση. Ένας επιπλέον παράγοντας που ευνοεί την εφαρμογή της τεχνικής αυτής είναι ότι το ανοσοποιητικό σύστημα του εμβρύου είναι ακόμα ανώριμο με αποτέλεσμα να υπάρχει μικρή πιθανότητα να επιτεθεί στα ξένα μόρια της CRISPR.

Στα πλαίσια της έρευνας, η οποία δημοσιεύτηκε στο Nature Medicine, ο Μουσουμούρου και οι συνεργάτες του άνοιξαν τη μήτρα μίας εγκύου ποντικού, αφαίρεσαν το έμβρυο από τον αμνιακό σάκο και ενέχυσαν την CRISPR σε μία φλέβα που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια του αμνιακού σάκου και συνδέεται με το ήπαρ. «Θέλαμε να βεβαιωθούμε ότι καταφέραμε να εισάγουμε τον γενετικό τροποποιητή στο ήπαρ», είπε ο Μουσουμούρου. Το έμβρυο στη συνέχεια τοποθετήθηκε εκ νέου στη μήτρα και γεννήθηκε φυσιολογικά.

Αντί να χρησιμοποιήσουν την τυπική μορφή της CRISPR, η οποία «κόβει» το DNA στα σημεία που παρουσιάζονται μεταλλάξεις του γονιδίου και τα αντικαθιστά με μία σειρά βάσεων A, T, C και G, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τη μορφή της CRISPR που λέγεται τροποποιητής βάσεων. Η μέθοδος αυτή, η οποία εφευρέθηκε πριν περίπου 2 χρόνια αλλάζει τη λανθασμένη βάση στη σωστή. Το πλεονέκτημα είναι ότι δεν χρειάζεται να κόψει το DNA για να επιτύχει τον παραπάνω στόχο, όπως κάνει η τυπική μορφή της CRISPR. Τα «κοψίματα» του DNA έχουν συχνά σημαντικές και άγνωστες επιδράσεις για τα κύτταρα.

Δοκιμαστικά, οι επιστήμονες δημιούργησαν αρχικά έναν τροποποιητή βάσεων CRISPR ο οποίος αλλάζει το γονίδιο PCSK9. Το τελευταίο παράγει μία πρωτεΐνη που βοηθά στη ρύθμιση της ποσότητας χοληστερόλης που βρίσκεται στην κυκλοφορία του αίματος. Οι επιστήμονες αντικατέστησαν το γονίδιο αυτό με μία υπερδραστική μορφή που μειώνει τη χοληστερόλη σε μεγαλύτερο βαθμό. Όταν εγχύθηκε στα έμβρυα των ποντικών, ο τροποποιητής βάσεων άλλαξε τα ηπατικά κύτταρα χωρίς να επηρεάσει τα υπόλοιπα όργανα. Σημαντικότερα, στην μητέρα δεν παρουσιάστηκε καμία επίδραση από τη θεραπεία με CRISPR. Μετά τη γέννηση, τα ποντίκια είχαν υπερβολικά χαμηλά επίπεδα χοληστερόλης, γεγονός που έδειξε ότι ο τροποποιητής βάσεων CRISPR είχε εκλπηρώσει το σκοπό του. Μόλις το 15% των ηπατικών κυττάρων των εμβρύων ποντικών είχε τροποποιηθεί, ωστόσο το ποσοστό αυτό παρέμεινε αμετάβλητο στο σύνολο της ζωής των ποντικών.

Οι γενετικές βλάβες από την τροποποίηση των βάσεων ήταν χαμηλές (2%) σε σύγκριση με τις βλάβες που προκαλούνται από την παραδοσιακή CRISPR οι οποίες συχνά προσεγγίζουν ακόμα και το 40%. Επίσης κανένα από τα σημεία που εντοπίζονται συνήθως οι βλάβες (αυτά που ομοιάζουν την περιοχή-στόχος) δεν είχε επηρεαστεί.

Οι επιστήμονες από τη Φιλαδέλφεια δοκίμασαν την τεχνική τους στην κληρονομική τυροσιναιμία τύπου 1. Η νόσος αυτή, η οποία επηρεάζει περίπου 1 στα 100.000 νεογέννητα παγκοσμίως, προκαλείται από μία σειρά μεταλλάξεων στο γονίδιο FAH. Οι μεταλλάξεις αυτές προκαλούν συσσώρευση τοξικών προϊόντων διάσπασης του αμινοξέος τυροσίνη, ενός συστατικού πρωτεϊνών, τα οποία τελικά καταστρέφουν το ήπαρ. Η θεραπεία με το φάρμακο nitisinone και η αυστηρή διατροφή χωρίς τυροσίνη δεν έχουν πάντοτε αποτέλεσμα, με αποτέλεσμα τα παιδιά να εμφανίζουν τελικά θανατηφόρο ηπατική ανεπάρκεια ή καρκίνο του ήπατος.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον γενετικό τροποποιητή σε ένα γονίδιο που σχετίζεται με αυτό που προκαλεί τη νόσο. Αν το γονίδιο αυτό, το HPD, απενεργοποιηθεί, τότε οι μεταβολίτες της τυροσίνης δεν φτάνουν σε σημείο που το FAH δεν μπορεί να τους διαχειριστεί.

Η αντικατάσταση μίας βάσης C σε μία βάση Τ στο γονίδιο HPD μπορεί να το απενεργοποιήσει. Ως αποτέλεσμα, δεν παρουσιάστηκαν τοξικοί μεταβολίτες στο ήπαρ των εμβρών ποντικών. Κανένα άλλο όργανο δεν παρουσίασε επίσης σημεία τροποποίησης, καμία επίδραση σε σημεία εκτός του στόχου δεν παρατηρήθηκε και το 15% των κυττάρων του ήπατος που είχαν τροποποιηθεί ήταν αρκετό για να θεραπεύσει τα ποντίκια και να τα διατηρήσει υγιή στην ενήλικη ζωή. «Δεν το περιμέναμε, αλλά τα ποντίκια στα οποία είχε γίνει γενετική τροποποίηση είχαν καλύτερη πορεία» σε σχέση με τα ποντίκια που έκαναν θεραπεία με nitisinone, είπε ο Μουσουνούρου. «Επιβίωσαν περισσότερο και πήραν περισσότερο βάρος».

Οι επιστήμονες θέλουν να ερευνήσουν περαιτέρω τη μέθοδο της εμβρυϊκής τροποποίησης βάσεων και σε άλλες σοβαρές συγγενείς νόσους. Ακόμα δεν γνωρίζουν αν η μέθοδός τους θα αποδειχθεί πιο αποτελεσματική από την τυπική γονιδιακή θεραπεία. «Θεωρώ ότι η CRISPR δεν αποτελεί αντικαταστάτη» για την προηγούμενη, είπε ο Γουάντινκτον, «αλλά ένα ακόμα εργαλείο στη θεραπεία των γενετικών νόσων στη μήτρα».

Βιβλιογραφία: Scientific American