CRISPR-Studien an Menschen stehen kurz vor dem Beginn – aber wir wissen immer noch nicht, wie gut es bei Affen funktioniert

Affenstudien sehen ermutigend aus, zeigen aber, dass es noch viel über die Gen-Editing-Technologie zu lernen gibt.11. April 2018

VCG | Getty

Irgendwann in diesem Jahr werden Menschen in den USA und Europa damit beginnen, sich mit dem Gen-Editing-Tool CRISPR gegen Krankheiten behandeln zu lassen, aber eine große Frage bleibt – wird es tatsächlich funktionieren?

Unsere Primaten-Cousins ​​können die Antwort haben.



Über die erste Verwendung von CRISPR zur Bearbeitung menschlicher Zellen in einer Schale wurde 2013 berichtet. Seitdem wird es als einfache Möglichkeit angepriesen, die DNA von Menschen zu verändern, und verspricht, die derzeit tödlichen oder lebenslangen Krankheiten mit einer einzigen Behandlung zu verbannen, die sie an der Genetik behebt Wurzel.

Da das Schneiden von DNA jedoch das Genom einer Person dauerhaft verändern würde, müssen Wissenschaftler sicherstellen, dass CRISPR sicher und wirksam ist, bevor sie es bei Menschen anwenden. Mäuse sind nicht immer eine genaue Methode, um vorherzusagen, wie Menschen auf eine neue Therapie reagieren werden, daher wenden sich Wissenschaftler oft an Affen als Goldstandard in der Forschung, die auf die Klinik zusteuert.

Derzeit gibt es nicht viele veröffentlichte Daten zur Anwendung von CRISPR bei Affen, aber erste Ergebnisse aus kleinen Studien weisen auf die Aussicht auf Heilung einiger Krankheiten hin – und auf Herausforderungen in anderen Fällen.

Einige der laufenden CRISPR-Experimente an Affen betreffen Blutkrankheiten wie Sichelzellenanämie und Beta-Thalassämie. CRISPR könnte für beide Krankheiten ideal sein, meinen Wissenschaftler, da jede durch Mutationen in einem einzigen Gen verursacht wird, das Hämoglobin bildet, das Protein in roten Blutkörperchen, das Sauerstoff durch den Körper transportiert. Beide Krankheiten könnten mit einem einzigen genetischen Schnitt repariert werden.

Die Idee ist, CRISPR zu verwenden, um einen bestimmten Abschnitt der DNA auszuschalten und einen Schalter umzulegen, um eine fötale Art von Hämoglobin zu produzieren, die normalerweise nach der Geburt abgeschaltet wird. Dies würde den Patienten genügend gesundes Hämoglobin geben, um alle Krankheitssymptome auszulöschen.

Forscher wie Cynthia Dunbar von den National Institutes of Health testen diesen Ansatz an blutbildenden Stammzellen im Knochenmark. Diese Zellen werden aus Affen extrahiert, in einem Labor mit CRISPR verändert und dann wieder in das Knochenmark der Affen infundiert, um zu wachsen und neue, gesunde Blutzellen zu bilden.

Anheben des Niveaus

Damit eine Behandlung wirksam ist, muss ein bestimmter Prozentsatz der Zellen bearbeitet werden. Bei den Affen, die sie untersucht, sagt Dunbar, sieht es zunächst gut aus, aber nach drei bis vier Monaten haben nur etwa 5 Prozent der Zellen die notwendige Bearbeitung. Um Sichelzellenanämie zu lindern, bräuchte man wahrscheinlich etwa 20 Prozent, sagt sie.

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Auch Hans-Peter Kiem vom Fred Hutchinson Cancer Research Center beschäftigt sich mit dem Problem der Sichelzellenbildung bei Affen. Sein Team war in der Lage, eine bestimmte Art von Stammzellen aus dem Blut von Affen zu extrahieren, die Zellen mit CRISPR zu modifizieren und sie wieder in die Tiere einzubringen. Die Bearbeitungsquote lag bei 40 Prozent, und die Wirkung hielt mehr als sechs Monate an.

Da Affen den Menschen so ähnlich sind, glaube ich nicht, dass es eine große Herausforderung sein wird, diese Arbeit auf den Menschen zu übertragen, sagt Kiem. Wir verwenden die gleiche Technologie, die wir auch bei Patienten verwenden würden.

Eine Sorge bei CRISPR war die Möglichkeit, dass es versehentliche Schnitte an anderen Teilen des Genoms vornimmt, auf die nicht abgezielt wird. Kiem sagt, er habe noch keine dieser sogenannten Off-Target-Effekte bei Affen gesehen, aber sein Team sequenziert die Genome der mit CRISPR behandelten Affen, um sicherzugehen.

Das Biotech-Unternehmen CRISPR Therapeutics verfolgt einen ähnlichen Ansatz in einer klinischen Studie für Beta-Thalassämie, die dieses Jahr in Europa beginnen soll. Das Unternehmen plant auch, die Aufsichtsbehörden zu bitten, grünes Licht für eine Studie zur Behandlung von Sichelzellenanämie bei Menschen zu geben.

Auge bearbeiten

Editas Medicine nutzt unterdessen Affen, um seine CRISPR-basierte Therapie auf eine Art Erbblindheit zu testen.

Das Unternehmen mit Sitz in Cambridge, Massachusetts, will eine Form der angeborenen Leber-Amaurose korrigieren, eine seltene genetische Störung, die zu schwerem Sehverlust führt. Manche Menschen werden blind geboren oder verlieren bereits in sehr jungen Jahren ihre Sehkraft.

Charles Albright, Chief Scientific Officer bei Editas, sagt, sein Team habe CRISPR verwendet, um die krankheitsverursachende Mutation in mindestens 10 Prozent der lichtempfindlichen Zellen, den sogenannten Photorezeptoren, in den Augen von Affen zu korrigieren. Die Behandlung wird direkt in das Auge injiziert.

Das würde nicht ausreichen, um ein normales Sehvermögen wiederherzustellen, aber Albright sagt, es würde den Patienten ermöglichen, einigermaßen gut zu sehen und vielleicht unabhängiger zu leben.

Wir glauben, dass wir das Potenzial haben, die Fähigkeit von Photorezeptoren wiederherzustellen, Licht zu erkennen, was der erste Schritt zur Konstruktion des Sehvermögens ist, sagt er. Im Jahr 2015 sagte Editas, dass die Therapie bis 2017 an Menschen getestet werden würde, aber der Beginn der ersten klinischen Studie musste wegen eines Herstellungsproblems verschoben werden. Das Unternehmen beabsichtigt nun, in diesem Jahr die Genehmigung der US-amerikanischen Food and Drug Administration zu beantragen, um mit dieser Studie zu beginnen.

Knockouts

Aber hier ist der Haken: Die Affen, an denen Dunbar und Kiem gearbeitet haben, hatten keine Sichelzellen. Anstatt nach Anzeichen einer Besserung der Symptome zu suchen, verwendeten sie einen Bluttest, um den Gehalt an fötalem Hämoglobin im Körper der Tiere zu messen. Ebenso haben die Editas-Affen keinen Sehverlust – Wissenschaftler nahmen Gewebe von der Netzhaut der Tiere und sequenzierten die DNA, um zu bestätigen, dass sie die richtige Bearbeitung vorgenommen hatten.

Forscher könnten ein besseres Gefühl dafür bekommen, ob eine CRISPR-Therapie bei Affen zu Heilungen für Menschen führen wird, wenn die Tiere die gleichen krankheitsverursachenden Mutationen wie Menschen hätten.

Auch hier kann Gen-Editierung helfen. Jon Hennebold, ein Forscher am Oregon National Primate Research Center, injiziert Affenembryos mit CRISPR, um Tiere mit genetisch genaueren Äquivalenten menschlicher Krankheiten zu züchten.

Das Ziel ist es, bestimmte DNA-Segmente zu deaktivieren, um Mutationen nachzubilden, von denen bekannt ist, dass sie beim Menschen Krankheiten verursachen. Diese Embryonen können dann verwendet werden, um weibliche Affen künstlich zu befruchten, die Affen gebären, die genetische Mutationen beherbergen, die nahezu identisch mit denen des Menschen sind.

Hennebold versucht, diese Knockout-Modelle unter anderem für menschliche Krankheiten wie erbliche Blindheit und Taubheit zu schaffen. Sein Labor hat solche Affen noch nicht erfolgreich gezüchtet – die Forscher modifizieren Embryonen und testen sie, um sicherzustellen, dass sie die gewünschten Mutationen haben. Der nächste Schritt wird der Transfer solcher Embryonen in weibliche Affen sein, um lebende Nachkommen zu erzeugen, die für spätere Studien verwendet werden können.

Im Moment versuchen wir, ein Lager oder eine Bibliothek von Embryonen zu schaffen, die für verschiedene Krankheiten relevant sind, sagt Hennebold.

Wenn die Arbeit langsam und mühsam erscheint, liegt das daran, dass sie es ist. Laut Hennebold müssen Wissenschaftler vorsichtig in klinische Studien mit CRISPR am Menschen einsteigen, da bei Affen so wenig Arbeit geleistet wurde. Es ist immer noch fraglich, ob CRISPR beispielsweise Immunreaktionen hervorrufen wird, und Off-Target-Effekte sind besorgniserregend.

Wir wissen einfach nicht genug darüber, was es außerhalb der Region tut, die wir modifizieren wollen, sagt er.

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