De aflevereenheid met de benodigde CRISPR-componenten en de gouddeeltjes (afb: UCB)

Onderzoekers van de universiteit van Californië in Berkeley hadden eerder een nieuwe methode ontwikkeld om de genschaar CRISPR/Cas9 in cellen af te leveren. Ze hebben nu bij muizen aangetoond dat met die techniek een mutatie is te repareren die leidt tot de ziekte van Duchenne, een ernstige spierziekte. Met één injectie van het CRISPR-Goud, zoals het afleversysteem is gedoopt, werden al bemoedigende resultaten bereikt, zo stellen de onderzoekers.

Sedert 2012 werkten Jennifer Doudna van de UC Berkeley en collega Emmanuelle Charpentier van het Max Planck-instituut voor ontstekingsbiologie aan het ‘bijvijlen’ van de Cas9-schaar. Ze wilden een goedkope, nauwkeurige een simpele DNA-bewerker maken om genetische ziektes te behandelen. Ondanks alle geestdriftige CRISPR-verhalen is dat nog steeds geen appeltje/eitje. Het voornaamste struikelblok is het ziekteveroorzakende, gemuteerde gen te vervangen door een ongemuteerd gezond gen. Dat is met de huidige behandelmethodes onmogelijk te doen, stellen de onderzoekers.
Met de genschaar Cas9 kunnen gemuteerde genen worden weggesneden. Daardoor komt het DNA-reparatiesysteem in werking. Er moeten nog veilige methodes ontwikkeld worden om de schaar en toebehoren (Cas9, een gids-RNA voor het desbetreffende stukje DNA en donor-DNA) veilig in de aangedane cellen af te leveren. Gewoonlijk gebeurt dat nu in het lab met behulp van virussen. Dat afleversysteem kent zo zijn problemen. CRISPR-Goud heeft geen virussen nodig. De gouden nanodeeltjes vervullen hierbij een bijzondere rol. Niet echt uitgelegd wordt hoe die rol er uit ziet.

CRISPR-Goud

In een vervolgstudie werd de techniek beproefd door Niren Murthy en Irinia Conboy van de UCB. “CRISPR-Goud is de eerste methode waarmee alle CRISPR-componenten in de cel worden afgeleverd die nodig zijn om de mutaties te repareren, zonder virussen te gebruiken”, zegt Murthy.
CRISPR-Goud maakt gebruik van homologe DNA-reparatie. Dat is een beetje een probleem omdat die reparatie op dezelfde tijd en plaats zijn beslag moet krijgen als waar Cas9 actief is. Om dat probleem te overkomen bedachten de onderzoekers een afleveringssysteem dat zowel het gids-RNA, het donor-DNA en Cas9 bindt, die worden bevrijd als de componenten in een groot aantal cellen aanwezig is. Dat zet het homologe reparatiemechanisme in werking.

In het CRISPR-Goud-systeem zijn is het donor-DNA voorzien een laagje gouddeeltjes die zich ook binden aan Cas9. Als CRISPR-Goud werd ingespoten bij de muisjes worden de ‘aflevereenheden’ door de cel herkend en binnengelaten. In de cel gebeurt van alles en komt uiteindelijk de inhoud van het afleverzakje (zie plaatje) naar buiten.

Een injectie

Met een enkele injectie in het spierweefsel van de muisjes met een vorm van de ziekte van Duchenne (onderzoekers hebben het dan over ‘Duchennemodel’) werd iets meer dan 5% van het gemuteerde dystrofinegenen in de cellen hersteld. Dat is achttien keer beter dan als de muizen op de ‘ouderwetse’ manier Cas9 en donor-DNA kregen toegediend. Dan werden de foute dystrofinegenen maar in 0,3% van de cellen vervangen (ik weet niet of het hier om alle cellen of alleen spiercellen gaat).
De onderzoekers merken op dat met hun methode het door het vervangende, gezonde gen gecodeerde dystrofine helemaal intact en compleet is. Er zijn wel CRISPR-behandelingen bedacht waarbij een deel van het gemuteerde gen wordt weggeknipt. Daardoor kreeg de drager (het proefdier) een andere ziekte, weliswaar minder ernstig, maar toch.

De methode zorgde er ook voor dat de bindweefselvorming, kenmerk van veel spierziektes, verminderde. Ook bleek de kracht en de bewegelijkheid van de proefdiertjes verbeterd in vergelijking met een controlegroep. “Het lijkt er op dat we niet-virale CRISPR-technieken kunnen gebruiken die veilig genmutaties repareren, door nanodeeltjes toe te voegen die alle CRISPR-componenten kunnen inkapselen”, zegt Murthy. Er zou ook weinig bijkomende schade aan het DNA van de Duchennemuisjes zijn aangericht (0,005 tot 0,2%). Ook andere zaken lijken in orde.
Conboy: “Deze methode is een veilige en nauwkeurige manier om het DNA-bewerkingsgereedschap af te leveren. Uiteindelijk zou deze techniek kunnen helpen om ziektes als die van Duchenne en andere genetische aandoeningen te genezen.”

Klinische proef

Uiteraard zullen klinische proeven het gelijk van de onderzoekers moeten bewijzen. Een aantal leden van de onderzoeksgroep is al met eigen bedrijfjes in de weer om de methode bruikbaar te maken voor toepassing bij mensen. Murthy en Conboy werken verder aan een systeem om het CRISPR-gereedschap via het bloed af te kunnen leveren aan verschillende weefsels. Ze mikken daarbij vooral op volwassen stamcellen. Dat zouden de beste doelwitten zijn om foute genen te corrigeren.

Bron: Science Daily