CRISPR an der Schwelle: Das Versprechen und die Schmerzpunkte

Veröffentlicht: 10. Juli 2023 von Natalia Mesa

Im Bild: Genomeditierungsenzym CRISPR-Cas9/iStock, Artur Plawgo

Patienten mit hereditärem Angioödem, die mit NTLA-2002 von Intellia – einer In-vivo-CRISPR-Cas9-Therapie – behandelt wurden, verzeichneten eine durchschnittliche Reduzierung der plötzlichen, schwächenden Schwellungsanfälle, die ein Kennzeichen der Krankheit sind, um 95 %, wobei einige Patienten länger als anfallsfrei blieben pro Jahr, laut aktualisierten Phase-I-Daten, die im Juni vorgelegt wurden. Doch trotz des Potenzials der Genbearbeitung, genetische Krankheiten zu lindern oder sogar zu heilen, bleiben Fragen zur Sicherheit und Wirksamkeit der Techniken bestehen.

Frühere CRISPR-Studien haben zu unerwünschten Nebenwirkungen oder selten sogar zum Tod geführt. Im Mai starb ein Teilnehmer an einer N-of-1-Studie zur Duchenne-Muskeldystrophie, nachdem er möglicherweise auf das Virus reagiert hatte, das die Gen-Editing-Therapie in sich trägt.

Bei systemischer Injektion nimmt die Leber viele Vektoren für die Genbearbeitung auf. Während die meisten Übertragungsvektoren von den meisten Menschen gut vertragen werden, können einige in hohen Dosen Entzündungen auslösen, die zu Toxizität führen können. Die Entwicklung von Vektoren, die auch andere Organe als die Leber erreichen, stellt Wissenschaftler vor erhebliche Hürden. Eine weitere Gefahr sind Off-Target-Effekte, bei denen die Herausgeber versehentlich Teile des gesunden genetischen Codes verändern.

Trotz dieser Einschränkungen können Innovationen bei den Verabreichungsmethoden und CRISPR-Technologien der nächsten Generation – wie Base- und Prime-Editing – die Arten von Krankheiten erhöhen, die mit Gen-Editing gezielt angegangen und behandelt werden können.

Kiran Musunuru, Kardiologe an der University of Pennsylvania, sagte gegenüber BioSpace, dass die Ergebnisse zwar noch früh seien, aber für die begrenzte Anzahl von Patienten, die das Medikament von Intellia erhalten haben, vielversprechend aussehen.

CRISPR hat seit der Erfindung der Technologie vor zehn Jahren rasante Fortschritte gemacht. In einer bahnbrechenden Entscheidung, die später in diesem Jahr erwartet wird, könnte die FDA eine Ex-vivo-Gen-Editierungstherapie für Sichelzellenanämie (SCD) genehmigen. Die im April von Vertex und CRISPR Therapeutics eingereichten Biologika-Lizenzanträge für Exagamglogene Autotemcel (Exa-cel) bei SCD und transfusionsabhängiger Beta-Thalassämie (TDT) waren die ersten CRISPR-Geneditierungsanträge, die von der FDA angenommen wurden. Die Regulierungsbehörde hat die PDUFA-Daten auf den 8. Dezember 2023 bzw. den 30. März 2024 festgelegt.

„Die erste FDA-Zulassung einer neuen Art von Technologie – in diesem Fall programmierbarer Gen-Editing-Medikamente – ist ein großer Meilenstein“, sagte David Liu, Molekularbiologe am Broad Institute und Harvard-Professor, gegenüber BioSpace.

Es gebe mehr als 50 klinische Studien am Menschen sowohl für In-vivo- als auch Ex-vivo-Genbearbeitungstechnologien im Frühstadium, sagte Liu, und etwa 40 seien CRISPR-basiert. Diese Therapien werden auf Bluterkrankungen, Krebs, chronische Infektionen, Lebererkrankungen, Immunschwäche und mehr getestet.

Aber der In-vivo-Bereich hat sich langsamer weiterentwickelt. Der erste Patient, der eine In-vivo-CRISPR-Therapie erhielt, erhielt dies im Jahr 2020 in einer klinischen Studie zur Behandlung von Leber Congenital Amaurosis (LCA) durch Editas Medicine, einer Art genetischer Blindheit, die durch eine einzelne Nukleotidveränderung in einem retinalen Photorezeptor-Gen verursacht wird.

Laut einer Editas-Pressemitteilung vom November 2022 hatten einige Patienten nach der Behandlung mit EDIT-101 eine gewisse Sehschärfe und einige hatten ihre Fähigkeit, Farben zu sehen, wiedererlangt. Keiner hatte Nebenwirkungen. Während die Therapie bei einigen Patienten gut funktionierte, schlug sie bei etwa der Hälfte der Patienten fehl, und Editas zog schließlich den Stecker aus der Phase-I/II-Studie.

Das bedeutet, dass Intellia das einzige Unternehmen ist, das klinische Daten für In-vivo-Studien vorgelegt hat, die die primären Endpunkte erreicht haben, und das einzige Unternehmen, das mit Phase-II-Studien begonnen hat, sagte David Lebwohl, der Chief Medical Officer des Unternehmens, gegenüber BioSpace.

Musunuru und Liu waren sich einig, dass die Behandlung von Intellia gut zu funktionieren scheint, NTLA-2002 jedoch aufgrund seiner Verabreichungsmethode über Lipid-Nanopartikel (LNPs) auf die Behandlung seltener Krankheiten beschränkt ist, die ihren Ursprung in der Leber haben. Bei intravenöser Verabreichung werden LNPs von der Leber aufgenommen, was für viele andere Verabreichungsvektoren für In-vivo-Studien zur Genbearbeitung gilt, sagte Musunuru.

Die Therapie verwendet auch das ursprüngliche CRISPR-Cas9-System, das laut Musunuru nützlich ist, um Gene auszuschalten, „aber es gibt eine begrenzte Anzahl von Krankheiten, bei denen das Ausschalten eines Gens therapeutisch nützlich ist.“

CRISPR-Cas9 wurde erstmals im Labor von Jennifer Doudna an der University of California in Berkeley entwickelt. Seitdem haben Base-Editing und Prime-Editing die Zahl der Krankheiten, gegen die Gen-Editing potenziell angehen kann, erweitert.

Das CRISPR-Cas9-System funktioniert, indem es die DNA-Doppelhelix an einer bestimmten Nukleotidsequenz spaltet, erklärte Liu. Cas9, eine Nuklease, schneidet die DNA der Zelle an einer bestimmten Stelle, woraufhin die endogenen Reparaturenzyme der Zelle die Stränge wieder zusammenkleben. Cas9 schneidet die DNA immer wieder an derselben Stelle, bis die Reparaturmaschinerie der Zelle zufällig einen Fehler macht und das falsche Nukleotid einfügt.

Das Ergebnis ist eine genetisch veränderte DNA-Sequenz, die Cas9 nicht mehr erkennt. Aber entscheidend ist, dass man nicht kontrollieren kann, was die Zelle einfügt, sagte Liu. Diese Technologie funktioniert oft gut, wenn Sie die Funktion eines dysfunktionalen Proteins beseitigen möchten, jedoch weniger, wenn Sie ein defektes Gen ersetzen möchten.

CRISPR-Cas9 hat Vorteile. Es sei sehr modular, sagte Lebwohl, was es Intellia ermöglichte, nur eine Boten-RNA-Sequenz (mRNA) zu ändern, um eine völlig neue Therapie zu ermöglichen.

Liu sagte jedoch, dass eine wesentliche Einschränkung dieser Technologie darin besteht, dass sie Doppelstrangbrüche verursacht, was zu ungünstigen Mutationen und Off-Target-Effekten führt. Auf der anderen Seite beruhen Prime Editing und Base Editing darauf, einfach einen Strang der Doppelhelix zu spalten, was es Forschern ermöglicht, DNA ohne Doppelstrangbrüche zu bearbeiten und sie möglicherweise sicherer zu machen. „Es wird geschätzt, dass jede menschliche Zelle etwa 10.000 Nicks pro Tag erleidet, weil das Nicken ein natürlicher Teil der DNA-Reparatur und DNA-Replikation ist“, sagte er.

Liu, Mitbegründer von Prime Medicine und Beam Therapeutics – beides Gen-Editing-Unternehmen – sagte, dass die Basen-Editierung es Wissenschaftlern ermöglicht, bestimmte einzelne DNA-Nukleotide zu ersetzen, was die Entwicklung von Medikamenten für Krankheiten ermöglichen könnte, die durch Punktmutationen verursacht werden – bei denen eine einzelne Nukleotidbase hinzugefügt wird , gelöscht oder geändert.

Dadurch eignen sich Baseneditoren gut zur Behandlung einiger Formen der Glykogenspeicherkrankheit und einer Form der Beta-Thalassämie, die beide aufgrund pathogener Einzelnukleotidpolymorphismen auftreten können.

Baseneditoren können jedoch nur Purine in Purine und Pyrimidine in Pyrimidine umwandeln und sind anfällig dafür, auch benachbarte Nukleotide zu verändern. Ältere Versionen der Technologie können aufgrund der promiskuitiven Aktivität des Desaminase-Enzyms, das bei der Basenbearbeitung dabei hilft, Nukleotide in andere Nukleotide umzuwandeln, Auswirkungen auf andere Teile der DNA haben, fügte Liu hinzu.

Prime-Editoren ermöglichen es Forschern, Genabschnitte zu ersetzen und eine Vielzahl von Substitutionen, Insertionen und Deletionen durchzuführen, sagte Liu. Sie sind äußerst spezifisch, aber weniger effizient als die anderen Technologien.

„Prime-Redakteure sind äußerst vielseitig“, sagte Liu. „Prime-Editoren der aktuellen Generation können grundsätzlich jedes DNA-Segment mit bis zu mehreren hundert Basenpaaren durch jedes DNA-Segment [gleicher Länge] ersetzen.“ Da sie es Forschern ermöglichen, lange DNA-Sequenzen in Zellen einzufügen, könnten solche Technologien zur Behandlung von Krankheiten wie Tay Sachs eingesetzt werden, die durch eine große Deletionsmutation verursacht werden.

CRISPR-Cas9, Prime Editing und Base Editing wurden in Tiermodellen menschlicher genetischer Erkrankungen validiert, und CRISPR-Cas9 und Base Editing befinden sich nun in klinischen Studien am Menschen. Liu sagte, er gehe davon aus, dass die Technologie von Prime Medicine nächstes Jahr in die Klinik gelangen werde.

Musunuru sagte, Lieferung sei der Bereich, in dem Innovation am meisten benötigt werde. Viele In-vivo-Therapien zielen hauptsächlich auf das Auge und die Leber ab, da die Vektorübertragung einfach ist.

Sobald sie ins Blut gelangen, werden LNPs und andere Übertragungsvektoren – einschließlich Adeno-assoziierter Viren (AAVs) – von der Leber aufgesaugt, sagte Lebwohl. Sie können Gentherapien effizient an Hepatozyten abgeben, andere Organe haben sich jedoch als schwieriger erwiesen.

Virale Vektoren können so manipuliert werden, dass sie auf bestimmte Zellen abzielen, seien aber immunogen und in hohen Dosen potenziell toxisch, sagte Liu. Vor kurzem haben Wissenschaftler damit begonnen, AAVs zu entwickeln, die speziell auf Organe wie die Muskeln abzielen, sodass sie in niedrigeren Dosen eingesetzt werden können. Forscher verbessern auch Nicht-AAV-Technologien und suchen nach Möglichkeiten, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und möglicherweise das Gehirn anzugreifen.

Lebwohl sagte, Intellia erwarte, mit NTLA-2002 in die Phase III überzugehen, aber das Unternehmen befinde sich noch in einem frühen Stadium der Phase-II-Rekrutierung, was bedeutet, dass es Jahre dauern könnte, bis die Therapie zugelassen wird. Ob NTLA-2002 – und CRISPR-Cas9-basierte Behandlungen im Allgemeinen – langfristig gut verträglich sind, erfordert Folgestudien, sagte er. „Wir sprechen von fünf, sechs, sieben Jahrzehnten, in denen Patienten kein Medikament benötigen, wenn das auf lange Sicht so bleibt.“

Obwohl noch viel zu tun bleibt, sagte Liu, dass die FDA-Zulassung der ersten CRISPR-Gen-Editing-Therapie einen großen Schritt für die Menschheit darstellen würde, da sie bedeuten würde, dass die Menschen ein gewisses Mitspracherecht bei ihren genetischen Merkmalen hätten und nicht durch Mutationen in Geiselhaft genommen würden.

Natalia Mesa ist eine freiberufliche Wissenschaftsautorin mit Sitz in Seattle. Erreichen Sie sie unter [email protected].

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