Ved hjælp af et banebrydende nyt værktøj til at korrigere genetiske mutationer har forskere succesfuldt genoprettet muskelfunktionen hos levende mus med Duchenne muskeldystrofi.

Forskerne programmerede genredigeringssystemet til at finde og udklare den dysfunktionelle del af genet, hvilket efterlader kroppens naturlige DNA-reparationssystem til at sy genet igen sammen igen.

Genredigeringsværktøjet - kaldet CRISPR / Cas9 - virker ved at korrigere DNA, der stopper celler fra at gøre et protein vigtigt for muskelfunktionen.

I tidsskriftet Videnskab , Et team ledet af forskere ved Duke University i Durham, NC, rapporterer, hvordan det er første gang, at CRISPR / Cas9 har behandlet en genetisk sygdom inden for et levende levende pattedyr.

De konkluderer, at dette viser, at CRISPR / Cas9 har potentiale som terapi til mennesker.

Men mens seniorforfatter Charles A. Gersbach, lektor i biomedicinsk teknik ved Duke University, beskriver resultaterne fra disse første tidlige eksperimenter som "meget spændende", bemærker han også:

"Der er stadig en betydelig mængde arbejde at gøre for at oversætte dette til en human terapi og demonstrere sikkerhed."

Personer med Duchenne muskeldystrofi kan ikke lave normal dystrophin - et protein, der hjælper med at styrke og beskytte muskelfibre, der findes i muskler, der bruges til bevægelse (skeletmuskler) og i hjerte (muskler).

Efterhånden som sygdommen skrider frem, har muskler tendens til at rive og langsomt forringes. Dette opleves som et progressivt tab af muskelfunktion og svaghed, der starter i underbenene.

Duchenne muskeldystrofi rammer primært mænd - i verden er ca. 1 ud af 3.500 baby drenge født af sygdommen. De fleste patienter er kørestolsbundet af den tid, de når deres tiende fødselsdag og lever sjældent forbi deres tidlige 30'ere.

Sygdommen rammer primært hanner, fordi mutationen der forårsager den, findes på X-kromosomet. Da kvinder har to kopier af X-kromosomet, har de en langt højere chance for at arve mindst en fungerende kopi af genet.

Game-veksler i genteknologi

CRISPR / Cas9 hedder som en game-switch inden for genteknologi, fordi det er en betydeligt hurtigere og lettere måde at ændre DNA på end tidligere teknikker.

Det ændrer den måde, som grundlæggende forskning udføres, og hvordan vi tænker på behandling af sygdom.

Teknikken kan sammenlignes med "find and replace" tekstredigeringsværktøjet i en tekstbehandler, der søger efter en forkert rækkefølge af tegn i teksten og erstatter hver forekomst med den korrekte.

CRISPR / Cas9 indeholder tre elementer: et DNA-skærende enzym (Cas9-proteinet), den korrigerede DNA-sekvens og et funktionsmolekyle - CRISPR (klyngede regelmæssigt interpacede korte palindromiske gentagelser).

CRISPR-molekylet finder den præcise placering af det forkerte DNA på målkromosomet, skæringsenzymet skærer præcist den ukorrekte sekvens og det korrekte DNA indsættes. Det er også muligt at udelade denne sidste fase og blot fjerne og ikke erstatte det defekte DNA - det er den metode, der anvendes i den nye undersøgelse.

CRISPR / Cas9 er en modificeret version af et naturligt forsvarssystem, som bakterielle celler bruger til at angribe invaderende virus ved at skære deres DNA.

Prof. Gersbachs laboratorium har forsket på genetiske behandlinger til Duchenne med forskellige genmodificerende systemer siden 2009. I tidligere projekter havde de brugt CRISPR / Cas9 til at korrigere genetiske mutationer i dyrkede celler fra patienter med Duchenne muskeldystrofi, og andre grupper har også brugt Nyt værktøj til at korrigere gener i enkeltcellede embryoner i laboratoriet.

Embryotilgangen er imidlertid for øjeblikket uetisk at forsøge hos mennesker, og den kultiverede cellefremgangsmåde giver mange vanskeligheder, såsom hvordan man effektivt leverer de behandlede celler tilbage til muskelvæv.

Brug af en virus til at levere CRISPR / Cas9 til celler

For deres nye undersøgelse vendte holdet til en anden tilgang - en, der leverer genredigeringsværktøjet direkte ind i de berørte vævsceller ved hjælp af genterapi. Og mens denne metode også præsenterer udfordringsudfordringer, overvandt de dem ved at bruge en adeno-associeret virus (AAV) som transportør.

Virus producerer ideelle leveringskøretøjer til genredigering. De sætter sig ind i det genetiske materiale af cellerne i de organismer, de invaderer og omprogrammerer cellulært maskineri til at lave kopier af sig selv og spredes.

AAV'er er små vira, der inficerer mennesker uden at forårsage sygdom. Dette er et af de funktioner, der gør dem ideelle køretøjer til genterapi. De er også usædvanligt effektive til at komme ind i celler.

Der er adskillige kliniske forsøg på kliniske forsøg i USA i USA, hvor der anvendes AAV'er, og deres anvendelse er allerede godkendt i et genterapi-lægemiddel i EU (EU).

Der er også forskellige typer af AAV, der målretter celler i forskellige væv - så forskere kan levere dem systematisk. En af disse foretrækker at komme ind i celler i skelet- og hjertemuskel.

I starten havde teamet problemet med at indsætte CRISPR / Cas9 i virussen. AAV er en meget lille virus, og CRISPR / Cas9 er relativt stor: "Det passer simpelthen ikke godt, så vi har stadig et emballageproblem," forklarer prof. Gersbach.

Løsningen kom i form af en opdagelse af et af teamet, Feng Zhang, en biomedicinsk ingeniør professor ved Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Problemet lå med det store Cas9-protein - DNA-skæringsenzymets del af værktøjet. Den Cas9, som forskere normalt bruger, kommer fra bakteriearterne Streptococcus pyogenes , Men Prof. Zhang havde for nylig fundet et meget mindre Cas9 protein i Staphylococcus aureus - lille nok til at passe ind i AAV

CRISPR / Cas9 og AAV restaureret muskelfunktion i musemodel

For den nye undersøgelse arbejdede holdet med en musemodel, der har en særlig svækkende mutation i genet, som koder for dystrofin. De programmerede det nye CRISPR / Cas9-system til at udrydde den dysfunktionelle del af genet, hvilket efterlod kroppens naturlige DNA-reparationssystem til at sy genet igen sammen igen.

Det nye gen var kortere, men funktionelt, bemærk forskerne, der antyder, at fordi den metode, de brugte, blot fjerner den dysfunktionelle del af genet i stedet for at erstatte den, kunne denne strategi være effektiv i en større andel af Duchenne-patienter.

Som et første skridt leverede holdet terapien direkte til legemuskelen hos en voksen mus. Denne genoprettede produktion af funktionelt dystrophin og øget muskelstyrke.

De injicerede derefter CRISPR / Cas9 og AAV-kombinationen i en muses blodbanen for at nå alle muskler. Denne genoprettede muskelfunktion i hele kroppen - herunder hjertet - et vigtigt resultat siden hjertesvigt er ofte, hvad der dræber mennesker med Duchenne.

I detaljer om det omfattende arbejde, der ligger foran, før terapien kan være klar til klinisk brug, bemærker Prof. Gersbach:

Herfra vil vi optimere leveringssystemet, evaluere tilgangen i mere alvorlige modeller af [Duchenne muskeldystrofi] og vurdere effektivitet og sikkerhed hos større dyr med det endelige mål at komme ind i kliniske forsøg."

I marts 2015, Medical-Diag.com Rapporterede, at nogle forskere - herunder en pionerudvikler af CRISPR / Cas9 - opfordrer indtrængen til at redigere det menneskelige genom som de er bekymrede for, at nogle ændringer kan overføres til afkom.

Sophie Scott: Why we laugh (Video Medicinsk Og Professionel 2024).