ویرایش پایه سد ۹۰ درصد کارایی را در آزمایشهای بالینی انسانی شکست
هنگامی که جنیفر دودنا و امانوئل شارپنتیه در سال ۲۰۲۰ جایزه نوبل را برای CRISPR-Cas9 دریافت کردند، جهان اعلام کرد که ویرایش ژن به مرحله عملیاتی رسیده است. اما پژوهشگرانی که واقعاً با بیماران کار میکردند بیسروصدا به یک مشکل اشاره داشتند: CRISPR مانند قیچی DNA را میبُرد و این برشها خطا ایجاد میکنند. شکستگیهای دو رشتهای مسیرهای ترمیم غیرقابلپیشبینی، جهشهای خارج از هدف، و در برخی موارد بازآراییهای کروموزومی ایجاد میکنند که میتوانند باعث سرطان شوند.
ویرایش پایه کاملاً از قیچی دوری میکند. به جای برش، ویرایشگرهای پایه یک حرف DNA را به صورت شیمیایی به حرف دیگر تبدیل میکنند — آدنین به اینوزین (که بهعنوان گوانین خوانده میشود) یا سیتوزین به اوراسیل (که بهعنوان تیمین خوانده میشود) — با استفاده از یک Cas9 غیرفعالشده که متصل میشود اما برش نمیدهد، که به یک آنزیم دآمیناز متصل شده و تبدیل شیمیایی را انجام میدهد. بدون شکستگی دو رشتهای. بدون ترمیم غیرقابلپیشبینی. فقط یک جابجایی کنترلشده حرف.
نقطه عطف ۹۰ درصد
پژوهشگران بالینی در Broad Institute و همکارانشان در چندین مرکز پزشکی اروپایی اکنون دستیابی به کارایی ویرایش بیش از ۹۰٪ را در سلولهای بنیادی خونساز CD34+ گزارش دادهاند — سلولهای بنیادی مغز استخوان که مسئول تولید همه انواع سلولهای خونی هستند. این رقم بسیار مهم است. درمانهای قبلی ویرایش ژن برای بیماری داسیشکل به سطوح کارایی حدود ۶۰-۷۰٪ برای دستیابی به مزیت درمانی نیاز داشتند. عبور از ۹۰٪ به این معنی است که یک دوره درمانی واحد میتواند اکثریت قریببهاتفاق سلولهای خونساز بیمار را اصلاح کند.
هدف: یک تبدیل آدنین به گوانین در ژن HBB که پروتئین بتا-گلوبین را کد میکند. بیماری داسیشکل ناشی از جایگزینی اسید گلوتامیک به والین (E6V) است — یک جهش نقطهای واحد که باعث میشود گلبولهای قرمز در شرایط کماکسیژن به شکل داسی مشخص خود فروبریزند. ویرایش پایه آن جهش را مستقیماً معکوس میکند، برخلاف روش میانبر فعالسازی مجدد هموگلوبین جنینی که در درمانهای تأییدشده مانند exa-cel (Casgevy) استفاده میشود.
چرا این رویکرد با Casgevy متفاوت است
Casgevy، اولین درمان CRISPR که توسط FDA در دسامبر ۲۰۲۳ تأیید شد، از CRISPR-Cas9 استاندارد برای مختلکردن ژن BCL11A استفاده میکند که بهطور معمول تولید هموگلوبین جنینی را در بزرگسالان سرکوب میکند. این کار هموگلوبین جنینی را که داسی نمیشود دوباره فعال میکند — یک راهحل غیرمستقیم ظریف. اما شامل مختلکردن عمدی یک ژن عملکردی است و نیاز به آمادهسازی میلوآبلاتیو دارد: شیمیدرمانی با دوز بالا که قبل از پیوند سلولهای ویرایششده، مغز استخوان موجود را از بین میبرد. این آمادهسازی خطرات جدی از جمله ناباروری و سرطانهای ثانویه را به همراه دارد.
رویکرد ویرایش پایه که اکنون در حال پیشرفت است چند مزیت بالقوه دارد:
- اصلاح مستقیم: جهش واقعی ایجادکننده بیماری را برطرف میکند نه اینکه از اطراف آن مسیریابی کند
- پتانسیل پروتکلهای غیرمیلوآبلاتیو: برخی برنامههای ویرایش پایه در حال بررسی این هستند که آیا با توجه به کارایی بالاتر ویرایش، آمادهسازی با شدت کمتر کافی است
- رویدادهای خارج از هدف کمتر: از آنجا که شکستگی دو رشتهای ایجاد نمیشود، پاسخ آسیب DNA فعال نمیشود و خطر بازآراییهای کروموزومی کاهش مییابد
- بقای بهتر سلول: سلولهای CD34+ ویرایششده با ویرایشگرهای پایه در مقایسه با سلولهایی که تحت الکتروپوریشن با اجزای استاندارد CRISPR قرار میگیرند، بقای بالاتری پس از ویرایش نشان میدهند
مانع فنی که برطرف شد
دستیابی به کارایی بالای ۹۰٪ نیازمند حل دو مشکل جداگانه بود. اول، تحویل: ویرایشگرهای پایه کمپلکسهای مولکولی بزرگتری نسبت به اجزای استاندارد CRISPR هستند و بستهبندی آنها در نانوذرات لیپیدی یا ناقلهای ویروسی برای تحویل دشوارتر است. تیمها از ویرایشگرهای پایه کدگذاریشده با mRNA استفاده کردند که از طریق نانوذرات لیپیدی بهینهشده تحویل داده شدند — مشابه طراحی سیستمهای تحویل واکسن mRNA COVID-19 — که نفوذ سلولی بهتری نسبت به تکرارهای قبلی ویرایشگر پایه آدنین (ABE) داشت.
دوم، ویرایش جانبی: ویرایشگرهای پایه آدنین همه آدنینهای موجود در یک پنجره ویرایش ۴-۶ نوکلئوتیدی اطراف محل هدف را تبدیل میکنند، نه فقط آدنین موردنظر را. انواع اولیه ABE گاهی اوقات آدنینهای مجاور را ناخواسته تبدیل میکردند. انواع نسل هشتم ABE (ABE8e و تکرارهای بعدی) پنجره ویرایش را بهطور قابلتوجهی باریک میکنند و در اکثر سلولها تبدیل دقیق در هدف را همراه با حفظ بازهای مجاور انجام میدهند.
بتا تالاسمی: همان ابزار، کاربرد متفاوت
همان رویکرد ویرایش پایه برای بتا تالاسمی نیز به کار گرفته میشود، یک اختلال خونی مرتبط که در آن بیماران به جای نوع بدشکل، بتا-گلوبین ناکافی تولید میکنند. سالانه چند صد هزار کودک مبتلا به بتا تالاسمی شدید متولد میشوند — بهطور نامتناسبی در منطقه مدیترانه، خاورمیانه و جنوب آسیا — و بدون درمان هر چند هفته یک بار نیاز به تزریق خون دارند. پیوند مغز استخوان درمانبخش است اما به اهداکننده سازگار نیاز دارد که اکثر بیماران ندارند.
برای بتا تالاسمی، پژوهشگران جهشهای ناحیه پروموتر ژنهای HBG1 و HBG2 را هدف قرار میدهند تا هموگلوبین جنینی را دوباره فعال کنند — هدفی متفاوت از رویکرد اصلاح مستقیم برای بیماری داسیشکل، اما با استفاده از همان ماشینآلات ویرایش پایه. نتایج اولیه بالینی سطوح بالای القای هموگلوبین جنینی را نشان میدهد که برای استقلال از تزریق خون پیشبینیکننده هستند.
مراحل بعدی
مسیر از دادههای کارایی بالینی تا درمان تأییدشده چندین سال طول میکشد. نهادهای نظارتی به دادههای پیگیری طولانیمدت در مورد ماندگاری (آیا سلولهای ویرایششده دههها باقی میمانند؟) و ایمنی (آیا هرگونه ویرایش خارج از هدف در طول زمان مشکلاتی ایجاد میکند؟) نیاز خواهند داشت. اولین بیماران داسیشکل که با ویرایش پایه درمان شدهاند اکنون برای نتایج چندساله پیگیری میشوند. دادههای اولیه دوساله از برخی برنامهها تصحیح پایدار بدون عوارض جانبی را نشان میدهد، اما دادههای پنج و ده ساله برای اطمینان کامل لازم است.
چالش تولید نیز قابلتوجه است. تولید سلولهای بنیادی CD34+ ویرایششده در مقیاس بالینی نیازمند استخراج سلولها از هر بیمار، ویرایش آنها در یک مرکز GMP و تزریق مجدد آنها است — فرآیندی شخصیسازیشده و پرکار. چندین شرکت در حال بررسی رویکردهای آلوژنیک با استفاده از ویرایش پایه برای تولید محصولات سلولهای بنیادی اهداکننده هستند که باعث رد ایمنی نمیشوند و بهطور قابلتوجهی مقیاسپذیرتر خواهند بود.
آنچه نقطه عطف ۹۰٪ کارایی نشان میدهد یک درمان تکمیلشده نیست، بلکه یک مانع فنی برطرفشده است. برای دههها، عامل محدودکننده در ژندرمانی نداشتن اطلاعات در مورد چه چیزی ویرایش شود نبود — ژنتیک مدتها پیش جهشها را شناسایی کرده بود. عامل محدودکننده انجام تمیز، قابلاعتماد و بهاندازه کافی ایمن آن برای استفاده در بیماران بود. ویرایش پایه نزدیکترین رویکرد تا به امروز است که هر سه معیار را به طور همزمان برآورده میکند.