Modifica del genoma trova e sostituisci con CRISPR: una strategia terapeutica promettente

Modifica del genoma trova e sostituisci con CRISPR: una strategia terapeutica promettente

Credito: Pixabay/CC0 dominio pubblico

Le immunodeficienze combinate gravi (SCID) sono un gruppo di disturbi da immunodeficienza primaria debilitanti, causati principalmente da mutazioni genetiche che interrompono lo sviluppo delle cellule T. La SCID può anche influenzare la funzione e il conteggio delle cellule B e delle cellule natural killer. Se non trattata, la SCID si rivela fatale entro il primo anno di vita.

Il trattamento convenzionale per i pazienti con SCID prevede il trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche (HSCT), ma le sfide legate alla ricerca di donatori compatibili e le potenziali complicanze come la malattia del trapianto contro l’ospite (GVHD) pongono ostacoli significativi in ​​questo approccio.

Una soluzione innovativa è emersa con l’avvento dell’editing del genoma (GE), in particolare utilizzando la tecnologia CRISPR-Cas9. Questa ricerca all’avanguardia sulla terapia genica offre speranza per molte malattie genetiche come la SCID. Il sistema CRISPR-Cas9 crea rotture del doppio filamento sito-specifiche nel DNA, consentendo un preciso editing genetico. Il processo di riparazione può distruggere un gene specifico o correggerlo, colpendo potenzialmente quasi tutti i geni del genoma. Questo sviluppo apre la porta a interventi terapeutici per un’ampia gamma di malattie genomiche.

Un promettente approccio di modifica del genoma, la GE mediata dalla riparazione diretta dall’omologia CRISPR-Cas9 (HDR), offre il potenziale per un preciso inserimento genico. In alcuni sottotipi di SCID, un’alternativa al trapianto può comportare l’inserimento del gene convenzionale CRISPR-Cas9 mediato da HDR, ma comporta rischi intrinseci, soprattutto in casi come RAG2-SCID. RAG2 è una nucleasi coinvolta nella scissione del DNA durante lo sviluppo dei linfociti e l’inserimento del gene mediato da CRISPR-Cas9 HDR può portare ad un’attività incontrollata della nucleasi RAG2 e variazioni strutturali dannose.

In risposta, i ricercatori dell’Università Bar-Ilan in Israele propongono una nuova strategia di sostituzione, denominata GE x HDR 2.0: Trova e sostituisci. Questo approccio, delineato in un articolo pubblicato oggi su Nature Communications , combina l’editing del genoma mediato da CRISPR-Cas9 con vettori di donatori di DNA ricombinanti del sierotipo 6 adeno-associato (rAAV6) per sostituire con precisione la sequenza codificante RAG2 preservando gli elementi regolatori. Questa strategia può essere applicata anche ad altri geni con regioni hotspot per mutazioni che causano malattie.

Il dottor Ayal Hendel, della Facoltà di scienze della vita Goodman dell’Università di Bar-Ilan, ha affermato: “La nostra innovazione si basa su un’intuizione cruciale: per attivare in modo efficiente la GE mediata da CRISPR-Cas9 HDR per una sostituzione precisa della sequenza di codifica, è essenziale separare l’omologia distale braccio dal sito di clivaggio e allinearlo con la sequenza immediatamente a valle del segmento da sostituire. In questo processo, l’allungamento della lunghezza del braccio di omologia distale nel donatore è di fondamentale importanza.

“Preservando gli elementi regolatori endogeni e le sequenze introniche, il nostro approccio riproduce fedelmente i livelli di espressione genetica naturale, riducendo così i rischi associati all’espressione genica non regolata. Questa tecnica innovativa, che prevede la sostituzione di intere sequenze codificanti o esoni mantenendo elementi regolatori critici, fa sperare pazienti con RAG2-SCID ed è promettente per il trattamento di vari altri disturbi genetici.”

More information: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42036-5

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Scienziati sviluppano un vaccino contro il cancro per uccidere e prevenire contemporaneamente il cancro al cervello

Scienziati sviluppano un vaccino contro il cancro per uccidere e prevenire contemporaneamente il cancro al cervello

Gli scienziati hanno sviluppato una strategia terapeutica bifunzionale trasformando le cellule tumorali viventi in una terapia. Il team di Shah ha ingegnerizzato cellule tumorali viventi utilizzando lo strumento di editing genetico CRISPR-Cas9 e le ha riutilizzate per rilasciare l'agente che uccide le cellule tumorali. Inoltre, le cellule tumorali ingegnerizzate sono state progettate per esprimere fattori che le renderebbero facili da individuare, etichettare e ricordare per il sistema immunitario, innescando il sistema immunitario per una risposta antitumorale a lungo termine. Il team ha testato le loro cellule tumorali terapeutiche (ThTC) potenziate con CRISPR e decodificate in diversi ceppi di topi, tra cui quello che portava cellule di midollo osseo, fegato e timo derivate dall'uomo, imitando il microambiente immunitario umano. Il team di Shah ha anche costruito un interruttore di sicurezza a due strati nella cellula tumorale, che, una volta attivato, sradica i ThTC se necessario.
Gli scienziati hanno sviluppato una strategia terapeutica bifunzionale trasformando le cellule tumorali viventi in una terapia. Il team di Shah ha ingegnerizzato cellule tumorali viventi utilizzando lo strumento di editing genetico CRISPR-Cas9 e le ha riutilizzate per rilasciare l’agente che uccide le cellule tumorali. Inoltre, le cellule tumorali ingegnerizzate sono state progettate per esprimere fattori che le renderebbero facili da individuare, etichettare e ricordare per il sistema immunitario, innescando il sistema immunitario per una risposta antitumorale a lungo termine. Il team ha testato le loro cellule tumorali terapeutiche (ThTC) potenziate con CRISPR e decodificate in diversi ceppi di topi, tra cui quello che portava cellule di midollo osseo, fegato e timo derivate dall’uomo, imitando il microambiente immunitario umano. Il team di Shah ha anche costruito un interruttore di sicurezza a due strati nella cellula tumorale, che, una volta attivato, sradica i ThTC se necessario.

Gli scienziati stanno sfruttando un nuovo modo per trasformare le cellule tumorali in potenti agenti antitumorali. Nell’ultimo lavoro del laboratorio di Khalid Shah, MS, Ph.D., presso il Brigham and Women’s Hospital, membro fondatore del sistema sanitario Mass General Brigham, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio di terapia cellulare per eliminare i tumori consolidati e indurre a lungo immunità a lungo termine, allenando il sistema immunitario in modo che possa prevenire il ripetersi del cancro. Il team ha testato il loro vaccino a doppia azione che uccide il cancro in un modello murino avanzato del glioblastoma mortale del cancro al cervello, con risultati promettenti. I risultati sono pubblicati su Science Translational Medicine .

“Il nostro team ha perseguito un’idea semplice: prendere le cellule tumorali e trasformarle in antitumorali e vaccini”, ha affermato l’autore corrispondente Khalid Shah, MS, Ph.D., direttore del Center for Stem Cell and Translational Immunotherapy (CSTI) e il vicepresidente della ricerca presso il Dipartimento di Neurochirurgia del Brigham e la facoltà presso la Harvard Medical School e l’Harvard Stem Cell Institute (HSCI). “Utilizzando l’ingegneria genetica, stiamo riutilizzando le cellule tumorali per sviluppare una terapia che uccida le cellule tumorali e stimoli il sistema immunitario sia a distruggere i tumori primari sia a prevenire il cancro”.

I vaccini contro il cancro sono un’area di ricerca attiva per molti laboratori, ma l’approccio adottato da Shah e dai suoi colleghi è distinto. Invece di utilizzare cellule tumorali inattivate, il team riutilizza cellule tumorali viventi, che possiedono una caratteristica insolita. Come i piccioni viaggiatori che tornano al posatoio, le cellule tumorali viventi percorreranno lunghe distanze attraverso il cervello per tornare al sito delle loro cellule tumorali simili. Approfittando di questa proprietà unica, il team di Shah ha ingegnerizzato cellule tumorali viventi utilizzando lo strumento di editing genetico CRISPR-Cas9 e le ha riutilizzate per rilasciare l’agente che uccide le cellule tumorali. Inoltre, le cellule tumorali ingegnerizzate sono state progettate per esprimere fattori che le renderebbero facili da individuare, etichettare e ricordare per il sistema immunitario, innescando il sistema immunitario per una risposta antitumorale a lungo termine.

Il team ha testato le loro cellule tumorali terapeutiche (ThTC) potenziate con CRISPR e decodificate in diversi ceppi di topi, tra cui quello che portava cellule di midollo osseo , fegato e timo derivate dall’uomo, imitando il microambiente immunitario umano. Il team di Shah ha anche costruito un interruttore di sicurezza a due strati nella cellula tumorale, che, una volta attivato, sradica i ThTC se necessario. Questa terapia cellulare a doppia azione era sicura, applicabile ed efficace in questi modelli, suggerendo una tabella di marcia verso la terapia. Sebbene siano necessari ulteriori test e sviluppi, il team di Shah ha scelto specificamente questo modello e ha utilizzato cellule umane per facilitare il percorso di traduzione delle loro scoperte per le impostazioni dei pazienti.

“Durante tutto il lavoro che svolgiamo nel Centro, anche quando è altamente tecnico, non perdiamo mai di vista il paziente”, ha detto Shah. “Il nostro obiettivo è adottare un approccio innovativo ma traducibile in modo da poter sviluppare un vaccino terapeutico contro il cancro che alla fine avrà un impatto duraturo in medicina”. Shah e colleghi osservano che questa strategia terapeutica è applicabile a una gamma più ampia di tumori solidi e che sono necessarie ulteriori indagini sulle sue applicazioni.

Maggiori informazioni: Kok-Siong Chen et al, Bifunctional cancer cell-based vaccine concomitantly drives direct tumor killing and antitumor immunity, Science Translational Medicine (2023). DOI: 10.1126/scitranslmed.abo4778. www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abo4778

 

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