"Molekularne nożyczki" - czy CRISPR wywoła rewolucję w leczeniu raka?

Metoda ta skłania organizm do wytworzenia potrzebnego jej białka, mogącego zwalczyć objawy choroby, bez konieczności wstawiania do komórki genów pobranych z innego organizmu. których nie istnieją jeszcze żadne inne, skuteczne terapie.

Metoda edycji genów CRISPR

Nagrodzona w 2020 r. Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii, technika CRISPR wydaje się być niezwykle rewolucyjną metodą w dziedzinie medycyny. Dzięki odkryciu i odtworzeniu mechanizmu obecnego w komórkach bakterii, z wykorzystaniem enzymu Cas9, możliwe stało się „wycinanie” określonych fragmentów DNA, np. tych zawierających niekorzystny wariant genetyczny i zastępowanie ich innymi. Technika ta odkrywa nowe ścieżki dla leczenia chorób genetycznych i nowotworowych. W 2021 roku, po raz pierwszy w historii, naukowcy podali ludziom lek bazujący na technice CRISPR, jednak na pełne wyniki tej terapii trzeba będzie poczekać jeszcze kilka miesięcy. Choć pierwsze wyniki badań klinicznych wydają się być obiecujące, to jednak wdrażanie terapii opartej na metodzie CRISPR do leczenia wymaga jeszcze wielu pogłębionych badań oraz poprawy ich efektywności i bezpieczeństwa.

CRISPR  – na czym polega nowa metoda edycji genów, nagrodzona Noblem?

Metoda CRISPR, a w zasadzie metoda CRISPR/Cas9 jest oparta na technice stosowanej przez bakterie w obronie przed wirusami i działa podobnie do ludzkiemu systemu odpornościowego. W skład CRISPR wchodzą tzw. zgrupowane, regularnie rozproszone, krótkie, powtarzające się sekwencje palindromiczne (z ang. Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats, w skrócie: CRISPR), obecne w materiale genetycznym bakterii, pozwalające na przechowywanie fragmentów obcego DNA. W momencie, gdy bakteria zostaje zaatakowana przez wirusa i uda jej się pokonać to zagrożenie, wycina sobie kawałek jego DNA i wbudowuje go w swój materiał genetyczny, tworząc w ten sposób bazę DNA potencjalnych wrogów. Dzięki temu, jeśli po raz kolejny dojdzie do kontaktu z tym samym wirusem, komórka bakterii będzie miała szansę szybciej i lepiej zareagować, co zwiększy jej szanse na przetrwanie – będzie w stanie wykryć i rozpoznać obcą informację genetyczną i zniszczyć ją za pomocą specjalnego enzymu rozszczepiającego nić DNA, nazywanego też białkiem Cas9. Enzym ten jest w stanie precyzyjnie rozpoznawać i przecinać określony fragment kwasu nukleinowego wirusa.

Dzięki badaniom i eksperymentom prowadzonym przez naukowców wykazano, że metoda CRISPR działa nie tylko u bakterii, ale także w komórkach innych organizmów, m.in. u drożdży, muszek owocówek, myszy, małp i ludzi. Stanowi ona szczególnie dużą nadzieję dla osób cierpiących na choroby genetyczne, na które brak jest obecnie skutecznych terapii. Metoda CRISPR/Cas9 pozwala na wprowadzenie w ściśle określonych miejscach DNA dwuniciowych pęknięć. Choć komórka jest w stanie połączyć ze sobą takie pęknięte fragmenty DNA, to jednak proces ten jest niedoskonały i prowadzi do licznych zmian w DNA i w konsekwencji do wyłączenia obecnego w tym miejscu genu. 

Technika CRISPR pozwala także na wbudowanie innego, zaprojektowanego kawałka DNA we wskazane miejsce. W ten sposób, dzięki metodzie CRISPR możliwe jest leczenie tych chorób, które są wynikiem obecności nieprawidłowej wersji genu, prowadzącej do produkcji wadliwego białka, ale także tych, w których brakuje białka, niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Co ważne, podczas całego procesu nie istnieje konieczność wprowadzania do genomu fragmentów DNA z innych organizmów. W zamian za to można korzystać z własnych zasobów materiału genetycznego. Z tego powodu wielu naukowców widzi CRISPR jako metodę, mogącą wywołać rewolucję w medycynie. Niestety technika ta wciąż jeszcze nie jest wystarczająco dobrze przebadana i bezpieczna, aby mogła być szeroko stosowana w praktyce klinicznej.

Edycja genów i jej zastosowanie w medycynie

Technika CRISPR/Cas9 pozwala na manipulację w genomie człowieka. Z tego względu jest to metoda kontrowersyjna pod względem etycznym i nie może być stosowana powszechnie, bez uprzedniego opracowania dokładnych regulacji prawnych. Zdecydowana większość krajów Unii Europejskiej nie wyraża zgody na badania zarodków, w tym również tych, obciążonych wadami genetycznymi. Możliwe jest jednak prowadzenie terapii eksperymentalnych, opartych na inżynierii genetycznej u dzieci i osób dorosłych, o ile jest ono ograniczone wyłącznie do komórek somatycznych (czyli komórek innych niż komórki rozrodcze).

Pierwszym zastosowaniem techniki CRISPR/Cas9 było badanie kliniczne dotyczące innowacyjnej terapii genowej dla niewyleczalnego innymi metodami, agresywnego nowotworu płuc. Zadaniem nowej metody leczenia miało być zmodyfikowanie komórek odpornościowych, a dokładniej limfocytów T, w taki sposób, aby same zaczęły zwalczać nowotwór. W tym celu wyłączono gen produkujący białko PD-1, hamujące odpowiedź immunologiczną organizmu. Na dokładne wyniki tego badania musimy niestety jeszcze chwilę poczekać. 

Czy „molekularne nożyczki” wywołają rewolucję w leczeniu nowotworów?

Prace nad wykorzystanie techniki CRISPR w leczeniu nowotworów trwają już od kilku lat. Oprócz prób klinicznych dla osób z rakiem płuc podjęto także próbę wyleczenia dwóch pacjentów z wtórnymi nowotworami. Jeden z nich choruje na szpiczaka mnogiego, drugi zaś na mięsaka. Naukowcy pobrali od nich komórki odpornościowe, które następnie poddali modyfikacjom genetycznym, aby następnie znów wprowadzić je do organizmu pacjentów, licząc na to, że będą one w stanie niszczyć komórki nowotworowe.

Choć ta nowoczesna terapia wydaje się być idealnym rozwiązaniem dla pacjentów onkologicznych, to zanim będzie dostępna dla szerszego grona pacjentów, musi zostać kompleksowo przebadana, szczególnie pod kątem bezpieczeństwa i potencjalnych skutków ubocznych. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie „Nature” wskazują, że komórki poddane modyfikacjom z użyciem techniki CRISPR mogą tracić zdolność produkcji białka p53- jednego z kluczowych białek chroniących nas przed nowotworami. Według badaczy z brytyjskiego Wellcome Sanger Institute, proces naprawy dwuniciowych pęknięć DNA w komórkach modyfikowanych techniką CRISPR/Cas9 może nie przebiegać tak sprawnie, jak zakładano na początku, prowadząc m.in. do wyłączenia genów chroniących komórkę przed zamianą w komórkę nowotworową. 

Edycja genów CRISPR szansą na przyszłość

Mimo że odkrycia te nie przekreślają zastosowania metody CRISPR na szerszą skalę w przyszłości, to pokazuję, że zanim będzie to mogło nastąpić, konieczne może być wprowadzenie modyfikacji, chroniących szlak p53 w badanych komórkach oraz dokładne monitorowanie terapii, pod kątem jej bezpieczeństwa dla pacjenta. Wygląda więc na to, że na skuteczne i bezpieczne stosowanie metody CRISPR w medycynie klinicznej będziemy musieli jeszcze chwilę poczekać.

Pacjentów, którzy szukają pomocy w interpretacji wyników badań genetycznych i informacji na temat dostępnych dla nich terapii, zachęcamy do kontaktu ze specjalistami – lekarzami genetykami za pomocą platformy medycznej nowagenetyka.pl.