Gli scienziati di cRISPR Gene Editing & Disease

Ora che il genio del fotoritocco è fuori dalla bottiglia, cosa vorresti per primo?

Bambini con occhi "perfetti", intelligenza esagerata e un tocco di carisma da star del cinema?

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O un mondo senza malattie … non solo per la tua famiglia, ma per ogni famiglia nel mondo?

Sulla base degli ultimi eventi, molti scienziati stanno lavorando verso quest'ultimo.

All'inizio di questo mese, gli scienziati della Oregon Health & Science University hanno utilizzato uno strumento di modifica genetica per correggere una mutazione che causa la malattia in un embrione.

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La tecnica, nota come CRISPR-Cas9, fissa la mutazione nel DNA nucleare degli embrioni che causa cardiomiopatia ipertrofica, una condizione cardiaca comune che può portare a scompenso cardiaco o morte cardiaca.

Questa è la prima volta che questo strumento di modifica genetica è stato testato su uova umane di qualità clinica.

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Se uno di questi embrioni fosse stato impiantato nell'utero di una donna e avesse potuto svilupparsi completamente, il bambino sarebbe stato libero dalla variazione del gene che causa la malattia.

Questo tipo di cambiamento benefico sarebbe stato trasmesso anche alle generazioni future.

Nessuno degli embrioni in questo studio è stato impiantato o permesso di svilupparsi. Ma il successo dell'esperimento offre uno sguardo al potenziale di CRISPR-Cas9.

Ancora, saremo mai in grado di modificare geneticamente il nostro mondo senza malattie?

Come funziona l'editing genetico

Secondo la Genetic Disease Foundation, ci sono più di 6.000 disordini genetici umani.

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Gli scienziati potrebbero teoricamente utilizzare CRISPR-Cas9 per correggere una di queste malattie in un embrione.

Per fare questo, avrebbero bisogno di un pezzo appropriato di RNA per indirizzare i corrispondenti tratti di materiale genetico.

L'enzima Cas9 taglia il DNA in quel punto, che consente agli scienziati di eliminare, riparare o sostituire un gene specifico.

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Alcune malattie genetiche, tuttavia, potrebbero essere più facili da trattare con questo metodo rispetto ad altre.

"La maggior parte delle persone si sta concentrando, almeno inizialmente, sulle malattie in cui è coinvolto un solo gene - o un numero limitato di geni - e sono davvero ben compresi", Megan Hochstrasser, PhD, responsabile delle comunicazioni scientifiche presso Innovative Genomics Institute in California, ha detto a Healthline.

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Le malattie causate da una mutazione in un singolo gene comprendono l'anemia falciforme, la fibrosi cistica e la malattia di Tay-Sachs. Questi influenzano milioni di persone in tutto il mondo.

Questi tipi di malattie, tuttavia, sono molto più numerosi di malattie come le malattie cardiovascolari, il diabete e il cancro, che uccidono milioni di persone in tutto il mondo ogni anno.

La genetica - insieme ai fattori ambientali - contribuisce anche all'obesità, alle malattie mentali e alla malattia di Alzheimer, anche se gli scienziati stanno ancora lavorando per capire esattamente come.

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Al momento, la maggior parte delle ricerche di CRISPR-Cas9 si concentra su malattie più semplici.

"Ci sono molte cose che devono essere elaborate con la tecnologia per raggiungere il punto in cui potremmo applicarlo a una di quelle malattie poligeniche, in cui più geni contribuiscono o un gene ha più effetti, "Disse Hochstrasser.

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Trattare adulti e bambini, non embrioni

Anche se i "bambini designer" acquisiscono molta attenzione da parte dei media, molte ricerche di CRISPR-Cas9 sono focalizzate altrove.

"La maggior parte delle persone che stanno lavorando su questo non stanno lavorando su embrioni umani", ha detto Hochstrasser. "Stanno cercando di capire come possiamo sviluppare trattamenti per le persone che hanno già delle malattie. "

Questi tipi di trattamenti potrebbero essere utili a bambini e adulti che già convivono con una malattia genetica, così come a persone che sviluppano il cancro.

Questo approccio può anche aiutare i 25 milioni e 30 milioni di americani che hanno una delle oltre 6, 800 malattie rare.

"L'editing genetico è un'opzione davvero potente per le persone con malattie rare", ha affermato Hochstrasser. "Potresti teoricamente fare una sperimentazione clinica di fase I con tutte le persone al mondo che hanno una certa [rara] condizione e curarle tutte se ha funzionato. "

Le malattie rare colpiscono meno di 200.000 persone negli Stati Uniti in un dato momento, il che significa che le aziende farmaceutiche sono meno incentivate a sviluppare trattamenti.

Queste malattie meno comuni includono la fibrosi cistica, la malattia di Huntington, le distrofie muscolari e alcuni tipi di cancro.

I ricercatori dello scorso anno all'Università della California Berkeley hanno fatto progressi nello sviluppo di una terapia ex vivo - in cui si estraggono cellule da una persona, le si modificano e le si inseriscono nel corpo.

Questo trattamento era per l'anemia falciforme. In questa condizione, una mutazione genetica causa l'adesione di molecole di emoglobina, che deforma i globuli rossi. Questo può portare a blocchi nei vasi sanguigni, anemia, dolore e insufficienza d'organo.

I ricercatori hanno utilizzato CRISPR-Cas9 per ingegnerizzare geneticamente le cellule staminali per correggere la mutazione della falce. Hanno quindi iniettato queste cellule nei topi.

Le cellule staminali migrarono al midollo osseo e si svilupparono in globuli rossi sani. Quattro mesi più tardi, queste cellule potrebbero ancora essere trovate nel sangue dei topi.

Questa non è una cura per la malattia, perché il corpo continuerà a produrre globuli rossi che hanno la mutazione della falciforme.

Ma i ricercatori pensano che se abbastanza cellule staminali sane si radicano nel midollo osseo, potrebbe ridurre la gravità dei sintomi della malattia.

È necessario più lavoro prima che i ricercatori possano testare questo trattamento nelle persone.

Un gruppo di ricercatori cinesi ha usato una tecnica simile l'anno scorso per curare le persone con una forma aggressiva di cancro ai polmoni - la prima sperimentazione clinica del suo genere.

In questo studio, i ricercatori hanno modificato le cellule immunitarie dei pazienti per disabilitare un gene coinvolto nella sospensione della risposta immunitaria della cellula.

I ricercatori sperano che, una volta iniettati nel corpo, le cellule immunitarie modificate geneticamente attacchino un attacco più forte contro le cellule tumorali.

Questi tipi di terapie potrebbero anche funzionare per altre malattie del sangue, tumori o problemi immunitari.

Ma alcune malattie saranno più difficili da trattare in questo modo.

"Se hai un disturbo del cervello, ad esempio, non puoi rimuovere il cervello di qualcuno, eseguire la modifica genetica e poi rimetterlo in sesto", ha detto Hochstrasser. "Quindi dobbiamo capire come portare questi reagenti nei posti che devono essere nel corpo. "

Prevenire indirettamente la malattia umana

Non tutte le malattie umane sono causate da mutazioni nel nostro genoma.

Malattie trasmesse da vettori come malaria, febbre gialla, febbre dengue e malattia del sonno uccidono ogni anno oltre 1 milione di persone in tutto il mondo.

Molte di queste malattie sono trasmesse dalle zanzare, ma anche da zecche, mosche, pulci e lumache d'acqua dolce.

Gli scienziati stanno lavorando su modi per utilizzare l'editing genetico per ridurre il numero di queste malattie sulla salute delle persone in tutto il mondo.

"Potremmo potenzialmente sbarazzarci della malaria progettando zanzare che non possono trasmettere il parassita che causa la malaria", ha detto Hochstrasser. "Potremmo farlo usando la tecnica CRISPR-Cas9 per spingere questo tratto attraverso l'intera popolazione di zanzare molto rapidamente. "

I ricercatori stanno anche utilizzando CRISPR-Cas9 per creare alimenti" designer ".

DuPont ha recentemente utilizzato la modifica genetica per produrre una nuova varietà di mais ceroso che contiene quantità maggiori di amido, che ha un utilizzo nel settore alimentare e industriale.

Le colture modificate possono anche aiutare a ridurre le morti a causa della malnutrizione, responsabile di quasi la metà di tutti i decessi a livello mondiale nei bambini sotto i 5 anni.

Gli scienziati potrebbero potenzialmente utilizzare CRISPR-Cas9 per creare nuove varietà di alimenti resistenti ai parassiti, resistente alla siccità o contengono più micronutrienti.

Uno dei vantaggi di CRISPR-Cas9, rispetto ai metodi di selezione delle piante tradizionali, è che consente agli scienziati di inserire un singolo gene da una pianta selvatica correlata in una varietà domestica, senza altri tratti indesiderati.

L'editing genetico in agricoltura può anche spostarsi più rapidamente rispetto alla ricerca nelle persone perché non sono necessari anni di studi clinici di laboratorio, animali e umani.

"Anche se le piante crescono abbastanza lentamente", ha detto Hochstrasser, "è molto più veloce ottenere [piante geneticamente modificate] nel mondo che fare una sperimentazione clinica nelle persone. "

Sicurezza ed aspetti etici

CRISPR-Cas9 è uno strumento potente, ma solleva anche diverse preoccupazioni.

"Al momento ci sono molte discussioni su come individuare i cosiddetti effetti fuori bersaglio," ha detto Hochstrasser. "Questo è ciò che accade quando la proteina [Cas9] taglia da qualche parte simile a dove vuoi che venga tagliata. "

I tagli fuori bersaglio potrebbero portare a problemi genetici imprevisti che causano la morte di un embrione.Una modifica nel gene sbagliato potrebbe anche creare una malattia genetica completamente nuova che verrebbe trasmessa alle generazioni future.

Anche l'utilizzo di CRISPR-Cas9 per modificare zanzare e altri insetti solleva problemi di sicurezza, come accade quando si apportano modifiche su larga scala a un ecosistema o a un tratto di una popolazione che perde il controllo.

Ci sono anche molti problemi etici che vengono con la modifica degli embrioni umani.

Quindi CRISPR-Cas9 aiuterà a liberare il mondo dalle malattie?

Non c'è dubbio che sarà un'ammaccatura notevole in molte malattie, ma è improbabile che possa curarle tutte in tempi brevi.

Abbiamo già strumenti per evitare le malattie genetiche - come lo screening genetico precoce di feti ed embrioni - ma questi non sono universalmente utilizzati.

"Non evitiamo ancora tonnellate di malattie genetiche, perché molte persone non sanno di ospitare mutazioni che possono essere ereditate", ha affermato Hochstrasser.

Alcune mutazioni genetiche avvengono spontaneamente. Questo è il caso di molti tumori che derivano da fattori ambientali come i raggi UV, il fumo di tabacco e alcune sostanze chimiche.

Le persone fanno anche scelte che aumentano il rischio di malattie cardiache, ictus, obesità e diabete.

Quindi, a meno che gli scienziati non possano usare CRISPR-Cas9 per trovare trattamenti per queste malattie legate allo stile di vita - o per motivare geneticamente le persone a smettere di fumare e iniziare a lavorare in bicicletta - queste malattie si attardano nella società umana.

"Cose come quelle hanno sempre bisogno di essere trattate", ha detto Hochstrasser. "Non penso sia realistico pensare che avremmo mai impedito che ogni malattia accadesse in un essere umano. “