Αναιμία: Η μοριακή βιολόγος Mandy Boontanrart του ETH Zurich ερευνά γονιδιακές θεραπείες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία δύο από τους πιο κοινούς τύπους κληρονομικής αναιμίας. Τώρα έχει αναπτύξει μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για τις λεγόμενες β-αιμοσφαιρινοπάθειες. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό eLife. Πολλές κληρονομικές ασθένειες θεωρούνταν σε μεγάλο βαθμό ανίατες. Η παρέμβαση στο γονιδίωμα είναι πολύ απρόβλεπτη και πολύπλοκη και τα αποτελέσματα αυτής της χειραγώγησης πολύ αβέβαια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι ασθένειες αυτές συχνά αφορούν όχι μόνο ένα αλλά πολλά γονίδια, τα οποία μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετικά χρωμοσώματα. Όμως, με την πρωτοφανή εξάπλωση του γονιδιακού ψαλιδιού CRISPR-Cas9, το εγχειρίδιο των κανόνων έχει ξαναγραφεί εκτενώς. Τα τελευταία μόλις χρόνια, ο στοχευμένος χειρισμός μεμονωμένων γονιδίων ή ακόμη και ολόκληρων δομικών στοιχείων του DNA έχει διανύσει πολύ μεγάλη απόσταση. Τα αποτελέσματα αυτών των συνεργατικών προσπαθειών είναι ότι η θεραπεία κληρονομικών ασθενειών στον άνθρωπο είναι πλέον εφικτή.
Χρήση γονιδιακού ψαλιδιού κατά των β-αιμοσφαιρινοπαθειών
Μεταξύ εκείνων που επιδιώκουν να αντιμετωπίσουν μια κληρονομική ασθένεια με την τεχνολογία CRISPR-Cas9 είναι η μοριακή βιολόγος Mandy Boontanrart από την ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή του ETH Jacob Corn. Πρόσφατα εργάστηκε σε μια μελέτη που μπορεί να αποδειχθεί πρωτοποριακή για τη θεραπεία των κληρονομικών β-αιμοσφαιρινοπαθειών. Ο όρος αυτός καλύπτει δύο τύπους αναιμίας: τη β-θαλασσαιμία και τη δρεπανοκυτταρική αναιμία, οι οποίες συγκαταλέγονται μεταξύ των πιο κοινών κληρονομικών παθήσεων στον κόσμο. Οι β-αιμοσφαιρινοπάθειες προκαλούνται από μεταλλάξεις του γονιδίου HBB. Το γονίδιο αυτό περιέχει το σχέδιο για μια πρωτεϊνική αλυσίδα που ονομάζεται β-σφαιρίνη, συστατικό της αιμοσφαιρίνης. Η αιμοσφαιρίνη, που υπάρχει σε τεράστιες ποσότητες στα ερυθρά αιμοσφαίρια, είναι αυτή που δίνει στο αίμα το χρώμα του και είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά οξυγόνου σε όλο το σώμα. Η αιμοσφαιρίνη στους ενήλικες αποτελείται από δύο α-σφαιρίνες και δύο β-σφαιρίνες. Σε μικρότερες ποσότητες, η αιμοσφαιρίνη μπορεί να αποτελείται από δύο άλφα σφαιρίνες και δύο δέλτα σφαιρίνες. Οι δέλτα σφαιρίνες λειτουργούν ακριβώς όπως οι βήτα σφαιρίνες, αλλά παράγονται φυσικά στα ερυθρά αιμοσφαίρια μόνο σε μικροσκοπικές ποσότητες. Εάν το γονίδιο HBB έχει μια μετάλλαξη που προκαλεί δυσλειτουργία της παραγωγής β-σφαιρίνης, θα υπάρξει έλλειψη λειτουργικής αιμοσφαιρίνης. Συνήθως, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πρόωρο θάνατο των ερυθρών αιμοσφαιρίων, οδηγώντας σε αναιμία. Στη συνέχεια, όλα τα όργανα του σώματος υποφέρουν από χρόνια έλλειψη οξυγόνου. Εάν η μετάλλαξη περιορίζεται σε ένα μόνο αντίγραφο του γονιδίου HBB, οι φορείς μπορούν να ζήσουν μια σχετικά φυσιολογική ζωή. “Ένα άτομο με μία μόνο μετάλλαξη θα δυσκολευτεί πολύ να γίνει επαγγελματίας αθλητής, αλλά θα μπορεί να κάνει τζόκινγκ, κολύμπι και ποδηλασία”, λέει η Boontanrart, η οποία είναι και η ίδια φορέας ενός μεταλλαγμένου γονιδίου. Αν όμως και τα δύο αντίγραφα είναι κατεστραμμένα, η κατάσταση γίνεται προβληματική: “Αν σκοπεύετε να κάνετε παιδιά με έναν σύντροφο που έχει επίσης τη μετάλλαξη, τα παιδιά μπορεί να κληρονομήσουν και τα δύο μεταλλαγμένα γονίδια – το ένα από τον πατέρα, το άλλο από τη μητέρα. Τα παιδιά αυτά θα είχαν μια σοβαρή ασθένεια”.
Αύξηση της παραγωγής δέλτα σφαιρίνης
Μια αποτελεσματική θεραπεία για τις β-αιμοσφαιρινοπάθειες δεν έχει ακόμη διατεθεί. Στη νέα της μελέτη, η Boontanrart και οι συνεργάτες της δείχνουν ότι το πρόβλημα θα μπορούσε να λυθεί με την αύξηση της παραγωγής της δέλτα σφαιρίνης, η οποία θα αντικαθιστούσε την ελαττωματική β-σφαιρίνη. “Οι άνθρωποι παράγουν από τη φύση τους μόνο μικροσκοπικές ποσότητες δέλτα σφαιρίνης. Αυτό συνδέεται με μια ειδική αλληλουχία ελέγχου του DNA που εμποδίζει τη μεταγραφή του σχετικού γονιδίου”, λέει η Boontanrart. Έτσι, οι ερευνητές κατέληξαν στην ιδέα να αλλάξουν αυτή την αλληλουχία ελέγχου προκειμένου να αυξήσουν την παραγωγή της δέλτα σφαιρίνης. Εδώ, ο Boontanrart χρησιμοποίησε το γονιδιακό ψαλίδι CRISPR-Cas9 για να τροποποιήσει το DNA των αρχέγονων αιμοσφαιρίων εισάγοντας τρία επιπλέον τμήματα μπροστά από το γονίδιο HBD, το οποίο περιέχει το σχέδιο για τις δέλτα σφαιρίνες. Αυτές οι παρεμβολές έχουν σχεδιαστεί για να διεγείρουν τον κυτταρικό μηχανισμό ώστε να παράγει περισσότερη δέλτα σφαιρίνη – και αυτό ακριβώς συνέβη. Τα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα. “Καταφέραμε να αυξήσουμε σημαντικά το ποσοστό της δέλτα σφαιρίνης, σε σημείο που θα μπορούσε να προσφέρει θεραπευτικό όφελος”, λέει ο Boontanrart.
Ωστόσο, η εισαγωγή πολλαπλών στοιχείων DNA εξακολουθεί να μην είναι απαλλαγμένη από τις προκλήσεις της. “Είναι πιο απαιτητική από τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται από άλλες ερευνητικές ομάδες και φαρμακευτικές εταιρείες”, λέει ο Boontanrart. Ερευνητές στις ΗΠΑ χρησιμοποιούν επίσης το σύστημα γονιδιακό ψαλίδι CRISPR-Cas9 για την αντιμετώπιση των β-αιμοσφαιρινοπαθειών, χειραγωγώντας τα βλαστικά κύτταρα του αίματος ώστε να παράγουν εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη. Αυτός είναι ο κυρίαρχος τύπος αιμοσφαιρίνης που βρίσκεται στα έμβρυα, αλλά τα μωρά σταματούν να την παράγουν το αργότερο όταν είναι μερικών μηνών. Για την προτεινόμενη θεραπεία τους, οι Αμερικανοί ερευνητές σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη για να αντικαταστήσουν τη β-σφαιρίνη. Η προσέγγιση αυτή εξετάζεται επί του παρόντος για έγκριση από την Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Φαρμάκων (FDA). Αν και η προσέγγιση αυτή έχει σχετικά ευρεία κάλυψη, έχει και τα μειονεκτήματά της, λέει ο Boontanrart. Αντενδείκνυται για γυναίκες που είναι ή προσπαθούν να μείνουν έγκυες, επειδή η εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη συνδέεται πιο ισχυρά με το οξυγόνο από ό,τι η αιμοσφαιρίνη των ενηλίκων. Η θεραπεία θα μπορούσε επομένως να έχει ως αποτέλεσμα η μητέρα να στερήσει από το αγέννητο παιδί της το οξυγόνο. “Κατά τη γνώμη μου, η αύξηση της παραγωγής δέλτα σφαιρίνης είναι η καλύτερη θεραπευτική επιλογή. Η δέλτα αιμοσφαιρίνη έχει πολύ παρόμοιες ιδιότητες με τη βήτα σφαιρίνη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία σχεδόν όλων των ασθενών”, λέει ο Boontanrart.
Spin-off σε εξέλιξη
Για να μεταφέρει τα αποτελέσματα της έρευνάς της στην πράξη, η Boontanrart ξεκίνησε το έργο Ariya Bio το 2021 κατά τη διάρκεια της υποτροφίας της ETH Pioneer Fellowship. Η Ariya Bio έχει την έδρα της στο ieLab του ETH στο Schlieren στα περίχωρα της Ζυρίχης. Το επόμενο έτος, το ETH Zurich υπέβαλε επίσης αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την προστασία της εφεύρεσης. Η Boontanrart προετοιμάζει τώρα προκλινικές μελέτες που έχουν προγραμματιστεί να ξεκινήσουν τον Σεπτέμβριο. Οι ερευνητές θέλουν πρώτα να δοκιμάσουν τη θεραπεία τους σε ζώα για να διαπιστώσουν αν είναι ασφαλής και αποτελεσματική για τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι προηγούμενες δοκιμές είχαν πραγματοποιηθεί σε καλλιέργειες κυττάρων. Η Boontanrart λέει ότι είναι πολύ νωρίς για να πει κανείς με ακρίβεια πότε η θεραπεία της για τη β-θαλασσαιμία θα είναι έτοιμη για την αγορά. Ελπίζει να ολοκληρώσει όλες τις κλινικές δοκιμές και να κυκλοφορήσει ένα προϊόν μέχρι το 2030. “Είμαι αισιόδοξη ότι η διαδικασία έγκρισης θα προχωρήσει για εμάς ταχύτερα από ό,τι για τις τεχνικές γονιδιακής επεξεργασίας που βρίσκονται επί του παρόντος υπό εξέταση, επειδή συμβάλλουν και αυτές στο να ανοίξει ο δρόμος για τη δική μας προσέγγιση”.