Nowe badanie prowadzone przez UCLA sugeruje, że zaawansowana technologia edycji genomu może być wykorzystana jako jednorazowe leczenie rzadkiej i śmiertelnej choroby genetycznej CD3 delta ciężkiego połączonego niedoboru odporności. Choroba ta, znana również jako CD3 delta SCID, jest spowodowana mutacją w genie CD3D, która uniemożliwia produkcję białka CD3 delta, które jest potrzebne do prawidłowego rozwoju komórek T z komórek macierzystych krwi. Bez komórek T, dzieci urodzone z CD3 delta SCID nie są w stanie zwalczać infekcji i, jeśli nie są leczone, często umierają w ciągu pierwszych dwóch lat życia. Obecnie jedynym dostępnym sposobem leczenia jest przeszczep szpiku kostnego, ale procedura ta niesie ze sobą znaczne ryzyko. W badaniu opublikowanym w Cell naukowcy wykazali, że nowa technika edycji genomu zwana edycją bazy może skorygować mutację powodującą CD3 delta SCID w komórkach macierzystych krwi i przywrócić im zdolność do produkcji komórek T. Potencjalna terapia jest wynikiem współpracy pomiędzy laboratoriami dr Donalda Kohna i dr Gaya Crooksa, obu członków Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research na UCLA i starszych autorów badania. Laboratorium Kohna opracowało wcześniej skuteczne terapie genowe dla kilku niedoborów układu odpornościowego, w tym innych form SCID. On i jego współpracownicy zwrócili uwagę na CD3 delta SCID na prośbę dr Nicoli Wright, hematologa dziecięcego i immunologa z Alberta Children's Hospital Research Institute w Kanadzie, która zwróciła się do niego w poszukiwaniu lepszej opcji leczenia dla swoich pacjentów. Kiedy Kohn przedstawił prośbę Wright swojemu laboratorium, Grace McAuley, wówczas pracownik naukowy, która dołączyła do laboratorium pod koniec swojego ostatniego roku na UCLA, wystąpiła ze śmiałym pomysłem. "Grace zaproponowała, żebyśmy spróbowali edycji bazy, bardzo nowej technologii, której moje laboratorium nigdy wcześniej nie próbowało" - powiedział Kohn, profesor mikrobiologii, immunologii i genetyki molekularnej oraz pediatrii. Edycja zasad to ultraprecyzyjna forma edycji genomu, która umożliwia naukowcom korygowanie jednoliterowych mutacji w DNA. DNA składa się z czterech zasad chemicznych określanych jako A, T, C i G; zasady te łączą się w pary tworząc "szczeble" w strukturze drabiny podwójnej helisy DNA. Podczas gdy inne platformy edycji genów, takie jak CRISPR-Cas9, przecinają obie nici chromosomu, aby dokonać zmian w DNA, edycja bazy chemicznie zmienia jedną literę bazy DNA na inną - na przykład A na G - pozostawiając chromosom nienaruszony. "Miałem bardzo stromą krzywą uczenia się na początku, kiedy edycja bazy po prostu nie działała", powiedział McAuley, który teraz realizuje M.D.-Ph.D. na UC San Diego i jest współtwórcą badania. "Ale wciąż parłem do przodu. Moim celem była pomoc w wprowadzeniu tej terapii do kliniki tak szybko, jak to było możliwe w bezpieczny sposób." McAuley zwrócił się do Davida Liu z Broad Institute, wynalazcy edytora bazy, z prośbą o radę, jak ocenić bezpieczeństwo tej techniki w tym konkretnym zastosowaniu. Ostatecznie McAuley zidentyfikował edytor bazy, który był bardzo skuteczny w korygowaniu mutacji genetycznej powodującej chorobę. Ponieważ choroba ta jest niezwykle rzadka, pozyskanie komórek macierzystych pacjentów do badań na UCLA stanowiło poważne wyzwanie. Projekt nabrał rozpędu, kiedy Wright dostarczył naukowcom komórki macierzyste krwi oddane przez pacjenta z CD3 delta SCID, który przechodził przeszczep szpiku kostnego. Edytor bazowy skorygował średnio prawie 71% komórek macierzystych pacjenta w trzech eksperymentach laboratoryjnych. Następnie McAuley pracował z dr Glorią Yiu, instruktorem klinicznym reumatologii UCLA, aby sprawdzić, czy poprawione komórki mogą dać początek komórkom T. Yiu użyła sztucznych organoidów grasicy, które są modelami tkankowymi pochodzącymi z komórek macierzystych, opracowanymi przez laboratorium Crooksa, które naśladują środowisko ludzkiej grasicy - organu, w którym komórki macierzyste krwi przekształcają się w komórki T. Kiedy poprawione komórki macierzyste krwi zostały wprowadzone do sztucznych organoidów grasicy, wytworzyły w pełni funkcjonalne i dojrzałe komórki T. "Ponieważ sztuczny organoid grasicy tak skutecznie wspiera rozwój dojrzałych komórek T, był to idealny system, aby pokazać, że edycja bazowa komórek macierzystych pacjentów może naprawić defekt widoczny w tej chorobie" - powiedział Yiu, który jest również współpierwszym autorem badania. W ostatnim etapie McAuley badał długowieczność poprawionych komórek macierzystych, przeszczepiając je do myszy. Poprawione komórki pozostały cztery miesiące po przeszczepie, wskazując, że edycja bazy poprawiła mutację w prawdziwych, samoodnawiających się komórkach macierzystych krwi. Wyniki sugerują, że poprawione komórki macierzyste krwi mogłyby utrzymywać się przez długi czas i produkować komórki T, których pacjenci potrzebowaliby do zdrowego życia. "Ten projekt był pięknym obrazem nauki zespołowej, z kliniczną potrzebą i naukową wiedzą dopasowaną do siebie", powiedział Crooks, profesor patologii i medycyny laboratoryjnej. "Każdy członek zespołu odegrał istotną rolę w doprowadzeniu tej pracy do sukcesu". Zespół badawczy pracuje teraz z Wrightem nad tym, jak wprowadzić nowe podejście do badania klinicznego dla niemowląt z CD3 delta SCID z Kanady, Meksyku i USA. Badania te były finansowane przez Jeffrey Modell Foundation, National Institutes of Health, Bill and Melinda Gates Foundation, Howard Hughes Medical Institute, V Foundation i A.P. Giannini Foundation. Podejście terapeutyczne opisane w tym artykule zostało wykorzystane wyłącznie w badaniach przedklinicznych i nie zostało przetestowane u ludzi ani zatwierdzone przez Food and Drug Administration jako bezpieczne i skuteczne do stosowania u ludzi. Technika ta jest objęta wnioskiem patentowym złożonym przez UCLA Technology Development Group w imieniu Regentów Uniwersytetu Kalifornijskiego, gdzie Kohn i McAuley są wymienieni jako współwynalazcy.