Nowe badanie prowadzone przez UCLA sugeruje, że zaawansowana technologia edycji genomu może być stosowana jako jednorazowe leczenie rzadkiej i śmiertelnej choroby genetycznej CD3 delta ciężkiego złożonego niedoboru odporności.

Schorzenie, znane również jako SCID CD3 delta, jest spowodowane mutacją w genie CD3D, która uniemożliwia wytwarzanie białka delta CD3, które jest potrzebne do prawidłowego rozwoju limfocytów T z komórek macierzystych krwi.

Bez limfocytów T dzieci urodzone z CD3 delta SCID nie są w stanie zwalczać infekcji i nieleczone często umierają w ciągu pierwszych dwóch lat życia. Obecnie jedyną dostępną metodą leczenia jest przeszczep szpiku kostnego, jednak procedura ta niesie ze sobą znaczne ryzyko.

W badaniu opublikowanym w Cell naukowcy wykazali, że nowa technika edycji genomu, zwana edycją zasad, może skorygować mutację, która powoduje CD3 delta SCID w komórkach macierzystych krwi i przywrócić im zdolność do produkcji limfocytów T.

Potencjalna terapia jest wynikiem współpracy laboratoriów dr Donalda Kohna i dr Gay Crooks, członków Eli i Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research na UCLA i starsi autorzy badania.

Szerokie Centrum Badań nad Komórkami Macierzystymi UCLA

Dr Donald Kohn i dr Gay Crooks

Laboratorium Kohna rozwinęło się wcześniej skuteczne terapie genowe w przypadku kilku niedoborów układu odpornościowego, w tym innych form SCID. On i jego współpracownicy zwrócili uwagę na CD3 delta SCID na prośbę dr Nicoli Wright, hematologa dziecięcego i immunologa z Instytut Badawczy Szpitala Dziecięcego Alberta w Kanadzie, która skontaktowała się w poszukiwaniu lepszej opcji leczenia dla swoich pacjentów.

CD3 delta SCID jest powszechny w społeczności mennonitów, która migruje między Kanadą a Meksykiem. „Ponieważ noworodki nie są badane pod kątem SCID w Meksyku, często widuję dzieci, które zostały późno zdiagnozowane i wracają do Kanady bardzo chore” – powiedział Wright.

Kiedy Kohn przedstawił prośbę Wrighta w swoim laboratorium, Grace McAuley, wówczas pracownik naukowy, która dołączyła do laboratorium pod koniec ostatniego roku na UCLA, wpadła na śmiały pomysł.

„Grace zaproponowała wypróbowanie podstawowej edycji, bardzo nowej technologii, której moje laboratorium nigdy wcześniej nie próbowało” — powiedział Kohn, wybitny profesor mikrobiologii, immunologii i genetyki molekularnej oraz pediatrii.

Edycja zasad to ultraprecyzyjna forma edycji genomu, która umożliwia naukowcom korygowanie jednoliterowych mutacji w DNA. DNA składa się z czterech zasad chemicznych określanych jako A, T, C i G; te zasady łączą się w pary, tworząc „szczeble” w strukturze drabinkowej podwójnej helisy DNA.

Podczas gdy inne platformy do edycji genów, takie jak CRISPR-Cas9, przecinają obie nici chromosomu, aby wprowadzić zmiany w DNA, edycja zasad chemicznie zmienia jedną literę podstawową DNA na inną — na przykład A na G — pozostawiając chromosom nienaruszony.

„Na początku miałem bardzo stromą krzywą uczenia się, kiedy podstawowa edycja po prostu nie działała” — powiedział McAuley, który obecnie robi doktorat. na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego i jest współpierwszym autorem badania. „Ale ja cały czas parłem do przodu. Moim celem było jak najszybsze dostarczenie tej terapii do kliniki”.

McAuley skontaktował się z Davidem Liu z Broad Institute, wynalazcą podstawowej edycji, aby uzyskać poradę, jak ocenić bezpieczeństwo tej techniki dla tego konkretnego zastosowania. W końcu McAuley zidentyfikował podstawowego edytora, który był bardzo skuteczny w korygowaniu mutacji genetycznej powodującej chorobę.

Szerokie Centrum Badań nad Komórkami Macierzystymi UCLA

Dr Gloria Yiu i Grace McAuley

Ponieważ choroba jest niezwykle rzadka, pozyskanie komórek macierzystych pacjentów do badania UCLA było dużym wyzwaniem. Projekt nabrał rozpędu, gdy Wright dostarczył naukowcom komórki macierzyste krwi od pacjenta CD3 delta SCID, który przechodził przeszczep szpiku kostnego.

Podstawowy edytor poprawił średnio prawie 71% komórek macierzystych pacjenta w trzech eksperymentach laboratoryjnych.

Następny, McAuley współpracował z dr Glorią Yiu, instruktorem klinicznym reumatologii UCLA, aby sprawdzić, czy skorygowane komórki mogą dawać początek limfocytom T. Yiu użył sztucznych organoidów grasicy, które są modelami tkanek pochodzącymi z komórek macierzystych opracowanymi przez laboratorium Crooksa i naśladującymi środowisko ludzkiej grasicy – ​​narządu, w którym komórki macierzyste krwi stają się limfocytami T.

Kiedy skorygowane komórki macierzyste krwi zostały wprowadzone do sztucznych organoidów grasicy, wytworzyły one w pełni funkcjonalne i dojrzałe komórki T.

„Ponieważ sztuczny organoid grasicy tak skutecznie wspiera rozwój dojrzałych limfocytów T, był to idealny system do pokazania, że ​​edycja podstawowych komórek macierzystych pacjentów może naprawić defekt obserwowany w tej chorobie” – powiedział Yiu, który jest również współautorem pierwszy autor opracowania.

Na ostatnim etapie McAuley zbadał długowieczność skorygowanych komórek macierzystych, przeszczepiając je myszom. Skorygowane komórki pozostały cztery miesiące po przeszczepie, co wskazuje, że edycja zasad skorygowała mutację w prawdziwych, samoodnawiających się komórkach macierzystych krwi. Odkrycia sugerują, że skorygowane komórki macierzyste krwi mogą utrzymywać się przez długi czas i wytwarzać komórki T, których pacjenci potrzebowaliby do zdrowego życia.

„Ten projekt był pięknym obrazem nauki zespołowej, łączącej potrzeby kliniczne i wiedzę naukową” — powiedział Crooks, profesor patologii i medycyny laboratoryjnej. „Każdy członek zespołu odegrał kluczową rolę w powodzeniu tej pracy”.

Zespół badawczy pracuje teraz z Wrightem nad tym, jak wprowadzić nowe podejście do badania klinicznego niemowląt z CD3 delta SCID z Kanady, Meksyku i USA

Badania te zostały sfinansowane przez Fundacja Jeffreya Modella, Narodowy Instytuty Zdrowia, Fundacja Billa i Melindy Gatesów, Instytut Medyczny Howarda Hughesa, Fundacja V oraz AP Gianniniego Fundacja.

Podejście terapeutyczne opisane w tym artykule zostało zastosowane wyłącznie w testach przedklinicznych i nie zostało przetestowane na ludziach ani zatwierdzone przez Food and Drug Administration jako bezpieczne i skuteczne do stosowania u ludzi. Technika ta jest objęta wnioskiem patentowym złożonym przez UCLA Technology Development Group w imieniu Regents of the University of California, a Kohn i McAuley są wymienieni jako współwynalazcy.