Mi laboratorio publicó recientemente un artículo, junto con destacados coautores correspondientes. David Martin (CHORI) y Daniel Carroll (Universidad de Utah), en la que Usamos CRISPR para revertir el alelo causante de la anemia de células falciformes en las células madre de la médula ósea.. Este trabajo recibió algo de prensa, así que, a diferencia de otros artículos del laboratorio, no usaré el blog para explicar lo que hicimos y descubrimos. Puedes ir a otro lugar para eso. Pero sí quiero explicar la motivación detrás del trabajo, así como por qué elegimos este enfoque.
Enfermedad de células falciformes y edición de genes
Próxima generación edición de genes ya está transformando la forma en que los científicos investigan, pero también es muy prometedor para la cura de enfermedades genéticas. Una de las enfermedades genéticas más tratables para gen la edición es una hoz (SCD por sus siglas en inglés), enfermedad (SCD). La base molecular se conoce desde 1949, por lo que se comprende relativamente bien. Su causa fundamental está en la médula ósea. células madre (también llamado células madre hematopoyéticas, o "HSC"), que son fáciles de conseguir con reactivos de edición. Es enfermedades monogénicas y recesivo, por lo que solo necesita revertir una enfermedad alelo para una cura. No existe una cura ampliamente utilizada; aunque el trasplante de médula ósea de donantes sanos puede curar la enfermedad, muy pocos pacientes reciben el trasplante por diversas razones (a diferencia de inmunodeficiencia combinada grave, otra enfermedad de HSC en la que la mayoría de los pacientes reciben trasplantes). Y sabemos por varias fuentes que editar solo el 2-5% de los alelos puede proporcionar beneficios a los pacientes (equivale al 4-10% de las células, debido a la Principio de Hardy-Weinberg).
Pero si bien varios grupos han intentado crear un candidato preclínico para la edición de genes para curar la ECF reemplazando el alelo de la enfermedad, la mayoría de los esfuerzos hasta ahora se han enfrentado a desafíos. Al principio, las cosas parecían muy prometedoras en las líneas celulares modelo, pero cuando las personas pasaron a las HSC descubrieron que la eficiencia de la conversión de alelos se redujo sustancialmente. El reemplazo eficaz de los alelos de la enfermedad es una especie de santo grial para la edición de genes, pero hasta ahora se ha quedado atrás de nuestra capacidad para alterar las secuencias.
Eliminación de secuencia para curar la SCD
En el campo de la SCD, los problemas con el reemplazo de secuencias han impulsado esfuerzos para encontrar una manera de utilizar la interrupción de secuencias para mejorar la enfermedad. El más prometedor de estos enfoques conduce a la regulación positiva de la hemoglobina fetal a través de una variedad de mecanismos, que incluyen interrupción de tejido específico de Bcl11A (debe ser específico de tejido porque Bcl11A hace muchas cosas en muchas células). Se ha observado una regulación al alza de la hemoglobina fetal en humanos (durante Persistencia hereditaria de hemoglobina fetal, o HPFH), y protege contra la formación de hoz de la hemoglobina adulta.
Las estrategias de regulación positiva de la hemoglobina fetal son muy interesantes, constituyen una investigación básica fascinante y, eventualmente, podrían conducir a nuevos tratamientos para los pacientes con ECF. Hay algunas personas en mi laboratorio que trabajan en este sentido, y varios otros grupos están haciendo un trabajo increíble en esta área. Pero si bien la edición es más fácil, todavía existen algunos desafíos importantes para los traducción, principalmente debido a la nueva biología, en su mayoría inexplorada, que rodea a la alteración de tejido específico de Bcl11A.
Reemplazo de secuencia para curar la ECF
Decidimos volver a lo básico y averiguar si nuestro trabajo en donantes de recocido de colgajo y Cas9 RNP podría traer el enfoque "aburrido" del reemplazo de secuencia de nuevo a la mesa. En este caso, queremos ser lo más aburridos posible. Prefiero no sorprenderme con los nuevos descubrimientos biológicos sobre la regulación genética mientras trabajamos con pacientes.
También queríamos que nuestro enfoque fuera lo más general posible, para desarrollar algo que funcione para la ECF pero que sea accesible para los investigadores clínicos en todas partes. Eso encajaría con el tema de la democratización de Cas9. Tanto la nucleasa el reactivo de focalización y el enfoque para el reemplazo de alelos sería rápido, barato y fácil de usar para todos, de modo que todos pudieran hacer preguntas sobre su propio sistema en 
HSC y tal vez incluso desarrollen curas de edición de genes para la enfermedad en particular en la que están trabajando.
Esto está en contraste con algunos genoma viral-Estrategias de edición basadas en contenido que parecen razonablemente efectivas pero que son muy lentas de iterar y tienen una alta barrera de entrada. Si es posible, prefiero desarrollar algo que cualquier investigador hematopoyético o hematólogo clínico pueda captar y utilizar, con un rápido cambio de la idea a la implementación. Esa es la forma en que se llega a las curas impulsadas por los médicos para las enfermedades genéticas raras, que es la promesa a largo plazo de la edición de genes fácilmente reprogramable.
Todo lo anterior es la razón por la que usamos Cas9 RNP y lo acopló con una sola hebra de recocido de solapa letra singular donantes. Descubrimos que ni siquiera necesitábamos usar protección química del un ARN guía o ADN monocatenario, aunque ciertamente lo intentamos. En la edición a corto plazo, encontramos niveles muy altos de edición, y en experimentos de ratón a largo plazo encontramos ediciones casi cinco veces más altas de lo que se informó anteriormente. Creo que esto es lo suficientemente bueno para que los investigadores comiencen a usar este método para abordar sus propias biologías interesantes. Pero para nosotros, todavía queda mucho trabajo por hacer antes de que esto se convierta en una cura para la ECF.
Próximos pasos hacia la clínica
Primero, debemos intentar escalar nuestros reactivos y métodos de edición (Cas9, guía moléculas de ARN, donantes, células madre y electroporación) a niveles clínicos, y también necesitamos obtenerlos con pureza clínica. Este es un paso no trivial, pero absolutamente crítico para eventualmente comenzar un ensayo clínico. En segundo lugar, debemos establecer la seguridad de nuestro enfoque. Encontramos uno mayor fuera del objetivo sitio mientras se hace la edición, y se encuentra en un desierto genético. ¡Pero el hecho de que no esté cerca de nada que parezca importante no significa que no necesitemos hacer estudios de seguridad funcional! (consulte mi publicación de blog anterior sobre seguridad para la edición de genes para obtener más información sobre esto) Tenemos una batería de estudios de seguridad planificados en modelos no humanos, y queremos echar un vistazo de cerca para ver si podemos dar el siguiente paso en la clínica.
Mis colaboradores y yo estamos comprometidos con la aplicación clínica de la edición de genes para curar la anemia de células falciformes y esperamos comenzar un ensayo clínico en los próximos cinco años. Pero los datos nos guiarán, queremos ser muy cuidadosos para saber que la cura no es peor que la enfermedad. Hay muchas partes móviles involucradas en estos pasos de traslación y algunos de ellos son un poco lentos, así que estad atentos mientras intentamos brindar una cura revolucionaria a los pacientes con ECF.
