Miejscowa terapia CRISPR w walce z chorobami skóry

Laser, pęcherzyki lipidowe i molekularne nożyczki: nowy sposób na edycję skóry

Naukowcy z University of British Columbia opublikowali dziś w czasopiśmie Cell Stem Cell artykuł opisujący to, co nazywają pierwszą terapią edycji genów, którą można stosować bezpośrednio na ludzką skórę. Zespół — współpracujący z badaczami z Berlin Institute of Health at Charité oraz vancouverskim spin-outem NanoVation Therapeutics — połączył zatwierdzony klinicznie laser frakcyjny z nanocząsteczkami lipidowymi przenoszącymi edytor oparty na technologii CRISPR, aby stworzyć mikroskopijne punkty dostępu w skórze i dostarczyć edytor do komórek macierzystych skóry znajdujących się pod jej powierzchnią. W modelach żywej ludzkiej skóry zabieg skorygował najczęstszą mutację odpowiedzialną za autosomalną recesywną rybią łuskę wrodzoną (ARCI) i przywrócił mierzalne funkcje skóry.

Jak działa dostarczanie miejscowe

Jedną z głównych barier technicznych dla terapii genetycznych skóry jest zadanie tego organu: zatrzymywanie obcych substancji na zewnątrz. Grupa z UBC ominęła tę przeszkodę dzięki nowatorskiemu połączeniu dwóch uznanych technologii. Laser frakcyjny tworzy maleńkie, kontrolowane mikrokanały w najbardziej zewnętrznych warstwach naskórka — krótkotrwałe, bezbolesne otwory, które klinicyści już teraz wykorzystują do podawania leków i procedur dermatologicznych. Do tych mikrokanałów badacze zaaplikowali nanocząsteczki lipidowe (LNP), mikroskopijne tłuszczowe otoczki, które stały się standardowym nośnikiem kwasów nukleinowych do komórek od czasu ich roli w szczepionkach mRNA.

Wewnątrz LNP znajdował się edytor CRISPR zaprojektowany do naprawy pojedynczej mutacji DNA, która upośledza enzym niezbędny do prawidłowego formowania się skóry w przebiegu ARCI. Nanocząsteczki przeniknęły do podstawnych komórek macierzystych w naskórku; edytor naprawił zmutowany gen w tych komórkach, a skorygowane komórki macierzyste dały początek zdrowszej skórze w modelach laboratoryjnych. Zespół informuje o przywróceniu do około 30% normalnej funkcji skóry w swoich badaniach — poziom ten, według innych grup badawczych, mógłby być klinicznie istotny dla złagodzenia objawów i zmniejszenia ryzyka infekcji.

Miejsce nowej metody na tle innych terapii genowych skóry

Podejście UBC to bezpośrednia strategia edycji in vivo: edycja komórek tam, gdzie się znajdują, bez konieczności przeszczepów czy manipulacji ex vivo. Kontrastuje to z genetycznie korygowanymi przeszczepami skóry opracowywanymi przez ponad dwie dekady w Stanford Medicine, o których donoszono w badaniu fazy 3 w zeszłym roku. W tamtym podejściu klinicyści pobierają niewielką biopsję skóry pacjenta, korygują defekt w laboratorium (używając wektora wirusowego), hodują płaty skorygowanej skóry, a następnie przeszczepiają je z powrotem. Program przeszczepów, skierowany przeciwko dystroficznemu pęcherzowemu oddzielaniu się naskórka (EB), przyniósł spektakularne efekty w gojeniu ran u pacjentów i doprowadził w ostatnich latach do zatwierdzenia produktów do przeszczepów oraz powiązanych miejscowych terapii genowych.

Obie strategie uderzają w przyczynę źródłową — wadliwy gen — ale różnią się logistyką. Przeszczepy ex vivo są personalizowane i wymagają intensywnej produkcji (są to w zasadzie żywe produkty hodowane na zamówienie), podczas gdy miejscowa terapia in vivo mogłaby, teoretycznie, być podawana w klinice podczas jednej wizyty lub krótkiej serii zabiegów i skalowana bardziej jak konwencjonalny lek, jeśli kwestie bezpieczeństwa i produkcji zostaną uregulowane.

Sygnały dotyczące bezpieczeństwa i pytania bez odpowiedzi

Artykuł UBC podkreśla dwa aspekty bezpieczeństwa: lokalizację i brak wykrywalnych edycji poza celem (off-target) w ich systemach eksperymentalnych. Ponieważ laser prowadzi LNP przez barierę tylko w miejscach poddanych zabiegowi, terapia pozostaje lokalna dla skóry w modelach, co zmniejsza ryzyko ekspozycji ogólnoustrojowej. Zespół informuje również, że nie znalazł dowodów na szkodliwe zmiany DNA poza celem w przeprowadzonych eksperymentach.

Są to ważne wczesne wskaźniki, ale nie są one równoznaczne z wykazaniem bezpieczeństwa u ludzi. Kluczowe niewiadome pozostają: jak trwałe będą skorygowane komórki macierzyste w długim terminie u pacjentów, jak układ odpornościowy zareaguje na wielokrotną ekspozycję na ładunek edytujący i LNP oraz czy rzadkie edycje poza celem mogą wystąpić z częstotliwością lub w lokalizacji genomowej, która miałaby konsekwencje kliniczne. Zespół UBC oświadczył, że współpracuje z organami regulacyjnymi w celu określenia badań niezbędnych do przeprowadzenia pierwszych testów na ludziach.

Dlaczego skóra jest obiecującym poligonem doświadczalnym dla medycyny genetycznej

Skóra oferuje kilka zalet dla eksperymentów z edycją genów. Jest dostępna dla dostarczania miejscowego, łatwa do wizualizacji i biopsji w celu monitorowania efektów i bezpieczeństwa, a komórki macierzyste skóry są stosunkowo dobrze scharakteryzowane. Organ ten ma również zdolności regeneracyjne: jeśli populacja komórek macierzystych zostanie skorygowana, ich potomstwo z czasem zastąpi wadliwą tkankę, co potencjalnie przyniesie trwałe korzyści po krótkim cyklu leczenia. Ta logika wsparła już inne podejścia do skóry: żel do terapii genowej Stanford dla mniejszych ran EB oraz genetycznie korygowane przeszczepy dla większych zmian.

Naukowcy z UBC i inni postrzegają miejscowe podejście LNP+laser jako platformę: ta sama metoda dostarczania mogłaby zostać sparowana z różnymi edytorami (warianty CRISPR/Cas, edytory zasad lub edytory typu prime) i różnymi sekwencjami naprowadzającymi, aby stawić czoła różnym dziedzicznym chorobom skóry — od schorzeń pęcherzowych po rybią łuskę — a potencjalnie także w celu modyfikacji lokalnych czynników molekularnych w chorobach zapalnych, takich jak egzema i łuszczyca.

Kontekst wynikający z postępów w ogólnoustrojowej edycji genów

Praca UBC pojawia się w czasie szybkich innowacji w edycji genów ogółem. Grupy badawcze wykorzystały dostarczanie edytorów zasad do wątroby za pomocą LNP w ramach procedur humanitarnych szybkiego reagowania u niemowląt z zagrażającymi życiu zaburzeniami cyklu mocznikowego, a edycja typu prime została przetestowana ex vivo w celu korygowania chorób krwi i układu odpornościowego. Przykłady te podkreślają dwa trendy, które dotyczą badania UBC: po pierwsze, LNP stają się klinicznym narzędziem dostarczania wykraczającym poza szczepionki; po drugie, nowsze typy edytorów (zasad i typu prime) mogą wprowadzać precyzyjne zmiany pojedynczych liter bez przecinania obu nici DNA, co może zmniejszyć niektóre ryzyka związane z bezpieczeństwem.

Jednak ścieżka kliniczna dla edytorów genów in vivo jest złożona. Personalizowane terapie o szybkim czasie realizacji — tak zwane „heroiczne” wysiłki dla jednego pacjenta — wykazują wykonalność, ale wymagają ogromnej koordynacji, elastyczności regulacyjnej i produkcji na specjalne zamówienie. W przypadku chorób skóry podejście UBC mogłoby być mniej zindywidualizowane: modułowy edytor i produkt LNP mogłyby być łatwiej adaptowane dla różnych pacjentów, jeśli bezpieczeństwo i produkcja zostaną ustandaryzowane.

Kolejne kroki i droga do pacjentów

Zespół UBC przeszedł od modeli żywej ludzkiej skóry do badań regulacyjnych i bezpieczeństwa potrzebnych do testów na ludziach. Będą one obejmować szerszą toksykologię na zwierzętach, badania biodystrybucji w celu potwierdzenia lokalizacji oraz walidację produkcji z użyciem LNP klasy klinicznej. Grupa współpracuje z NanoVation Therapeutics nad opracowaniem formuły LNP i poinformowała, że prowadzi rozmowy z organami regulacyjnymi na temat badań pierwszej fazy u ludzi.

Jeśli miejscowa terapia edycyjna okaże się bezpieczna u ludzi, praktyczne korzyści są jasne: podawanie w warunkach klinicznych, możliwość jednorazowego lub rzadkiego dawkowania oraz potencjał leczenia chorób miejscowych bez ekspozycji ogólnoustrojowej. Mimo to klinicyści i etycy ostrzegają, że niezbędna będzie długoterminowa obserwacja; zmodyfikowane komórki macierzyste pozostają w organizmie, a pacjenci — zwłaszcza dzieci — będą wymagać lat monitorowania pod kątem skutków późnych, w tym niezamierzonych zmian genetycznych, reakcji immunologicznych lub ryzyka kancerogennego.

Co to oznacza dla pacjentów i badań

Dla pacjentów z ciężkimi dziedzicznymi schorzeniami skóry obietnica jest namacalna: mniej przewlekłych ran, mniejszy ból i niższe ryzyko infekcji. W przypadku powszechnych stanów zapalnych implikacje są bardziej spekulatywne, ale intrygujące: czy zlokalizowana, trwała edycja szlaków molekularnych mogłaby zmniejszyć zależność od stosowanych przez całe życie miejscowych sterydów lub ogólnoustrojowych leków immunosupresyjnych?

Miejscowy CRISPR od UBC nie jest gotową terapią — to krok w zbieżnej fali postępów w edycji genów, która obejmuje przeszczepy ex vivo, żele do miejscowej terapii genowej oraz ogólnoustrojowe programy edycji zasad i typu prime. Podsumowując, te podejścia zmieniają definicję tego, co jest możliwe w leczeniu chorób skóry. Praca ta krystalizuje również kompromisy, przed którymi stoi ta dziedzina: balansowanie między szybszymi, przyjaznymi dla kliniki strategiami in vivo a rygorystycznymi wymogami bezpieczeństwa, które wiążą się ze zmianą genomu pacjenta, nawet na niewielkim fragmencie skóry.

Na ten moment dane laboratoryjne wskazują jasny kolejny cel: przełożenie platformy miejscowej na starannie kontrolowane badania na ludziach, z solidnym monitorowaniem i przejrzystością w kwestii ryzyka i wyników. Jeśli ta ścieżka zakończy się sukcesem, klinicyści mogą wkrótce dysponować zarówno żywymi przeszczepami, jak i dostarczanymi w gabinecie edytorami jako narzędziami do naprawy skóry od poziomu molekularnego w górę.

Źródła

• Cell Stem Cell (artykuł naukowy dotyczący badania UBC nad miejscowym CRISPR)
• University of British Columbia (ogłoszenie badawcze UBC)
• Berlin Institute of Health at Charité (instytucja współpracująca)
• NanoVation Therapeutics (partner spin-out UBC)
• The Lancet (badanie kliniczne fazy 3 dotyczące genetycznie korygowanych przeszczepów skóry)
• Stanford Medicine (raporty i materiały prasowe dotyczące przeszczepów EB i żelu miejscowego)
• New England Journal of Medicine (artykuł NEJM dotyczący szybkiej terapii edycji zasad)
• Children’s Hospital of Philadelphia i University of Pennsylvania (zespoły kliniczne w przypadku edycji zasad)
• Broad Institute (rozwój platformy edycji zasad i typu prime)