Editing genetico e mRna per la modifica delle cellule “in vivo” per le malattie del sangue. Lo studio su Science
Un grande passo avanti nello sviluppo delle terapie geniche. I ricercatori del Children’s Hospital di Philadelphia (CHOP) e della Perelman School of Medicine dell’Università della Pennsylvania hanno sviluppato un modello di prova concettuale basato sull’editing genico per trattare le malattie del sangue, permettendo la modifica diretta delle cellule del sangue malate all’interno del corpo. Se tradotto in ambito clinico, questo approccio potrebbe ampliare l’accesso e ridurre il costo delle terapie geniche per le patologie ematologiche, molte delle quali attualmente richiedono ai pazienti di ricevere chemioterapia e un trapianto di cellule staminali. I risultati della ricerca sono stati pubblicati oggi sulla rivista Science.
“Attualmente, se si desidera trattare malattie ematologiche come l’anemia falciforme e la beta talassemia con terapie geniche, i pazienti devono ricevere trattamenti invasivi come la chemioterapia per fare spazio alle nuove cellule del sangue corrette, il che è sia costoso che rischioso,” ha dichiarato Stefano Rivella, autore e professore alla Kwame Ohene-Frempong sull’anemia falciforme e professore di Pediatria al Children’s Hospital di Philadelphia. “Nel nostro studio, abbiamo dimostrato che è possibile sostituire direttamente all’interno del corpo le cellule del sangue malate con quelle corrette in una terapia ‘one shot’, eliminando la necessità di trattamenti di condizionamento mieloablativo e semplificando la somministrazione di queste terapie potenzialmente rivoluzionarie. Si tratta di un grande passo avanti nel modo in cui pensiamo di trattare le malattie genetiche e potrebbe ampliare l’accesso alle terapie geniche per i pazienti che ne hanno maggiormente bisogno.” “La somministrazione mirata di terapie a base di mRNA a tessuti e tipi di cellule specifici avrà un impatto enorme sul modo in cui le malattie saranno trattate con acidi nucleici in futuro,” ha affermato il secondo autore Hamideh Parhiz, professore associato di Malattie Infettive presso l’Università della Pennsylvania. “Nel nostro studio, stiamo fornendo una tecnologia basata su nanoparticelle lipidiche mirate a cellule specifiche, che incapsula terapie/editrici a base di mRNA, per la riprogrammazione cellulare in vivo in molte malattie che necessitano di una modalità di terapia genica mirata con precisione. Qui, abbiamo combinato la piattaforma mirata con i progressi nelle terapie a base di mRNA e gli strumenti di editing genomico a base di RNA per fornire un nuovo modo di controllare il destino delle cellule staminali ematopoietiche e correggere difetti genetici. Una metodologia mirata di editing genomico a base di mRNA potrebbe portare a un’espressione controllata, un’elevata efficacia di editing e una modifica genomica potenzialmente più sicura in vivo rispetto alle tecnologie attualmente disponibili.”
Le cellule staminali ematopoietiche (HSC) risiedono nel midollo osseo, dove si dividono durante tutta la vita per produrre tutte le cellule del sangue e del sistema immunitario. Nei pazienti affetti da patologie ematologiche non maligne come l’anemia falciforme e le immunodeficienze, queste cellule del sangue non funzionano correttamente a causa di una mutazione genetica. Attualmente, per questi pazienti ci sono due possibilità di trattamenti potenzialmente curativi, entrambi dei quali prevedono un trapianto di midollo osseo: un trapianto di cellule staminali con HSC provenienti da un donatore sano o una terapia genica in cui le stesse HSC del paziente vengono modificate al di fuori del corpo e quindi trapiantate (spesso chiamata terapia genica ex vivo). Il primo approccio comporta il rischio di malattia del trapianto contro l’ospite, poiché le HSC provengono da un donatore, e entrambi i processi implicano un regime di condizionamento con chemioterapia o radiazioni per eliminare le HSC malate del paziente e prepararle a ricevere le nuove cellule. Queste procedure comportano significativi effetti collaterali tossici, sottolineando la necessità di trovare approcci meno invasivi. Un’opzione che eliminerebbe la necessità dei metodi sopra descritti sarebbe l’editing genico ‘in vivo’, in cui gli strumenti di editing genico vengono infusi direttamente nel paziente, permettendo la modifica e la correzione delle HSC senza la necessità di regimi di condizionamento.
Per convalidare questo approccio, il team di ricerca guidato da Laura Breda e Michael P. Triebwasser al CHOP, attualmente presso l’Università del Michigan ha utilizzato nanoparticelle liquide (LNP) per fornire strumenti di editing genico a base di mRNA. Le LNP sono altamente efficaci nell’incapsulare e consegnare mRNA alle cellule e sono diventate ampiamente utilizzate nel 2020, grazie alla piattaforma LNP-mRNA per due dei principali vaccini COVID-19. Tuttavia, nel caso dei vaccini COVID-19, la costruzione LNP-mRNA non mirava a cellule o organi specifici all’interno del corpo. Poiché i ricercatori desideravano mirare specificamente alle HSC, hanno decorato la superficie delle loro LNP sperimentali con anticorpi che riconoscessero CD117, un recettore sulla superficie delle HSC. Hanno quindi seguito tre approcci per testare l’efficacia della loro formulazione CD117/L. In primo luogo, i ricercatori hanno testato l’mRNA del reporter incapsulante CD117/LNP per mostrare l’espressione di mRNA e l’editing genico di successo in vivo. Successivamente, hanno studiato se questo approccio potesse essere utilizzato come terapia per la malattia ematologica. Hanno testato l’mRNA incapsulante CD117/LNP che codifica un editor di geni cas9 mirato alla mutazione che causa l’anemia falciforme. Questo tipo di editing genetico converte la mutazione dell’emoglobina che causa la malattia in una variante non causa di malattia.
Testando il loro costrutto su cellule di donatori con anemia falciforme, i ricercatori hanno dimostrato che CD117/LNP ha facilitato l’editing delle basi in vitro, portando a un corrispondente aumento dell’emoglobina funzionale fino al 91,7%. Hanno anche dimostrato una quasi completa assenza di cellule falciformi, le cellule del sangue a forma di mezzaluna che causano i sintomi della malattia. Infine, i ricercatori hanno esplorato la possibilità di utilizzare gli LNP per il condizionamento in vivo, che consentirebbe l’esaurimento del midollo osseo senza chemioterapia o radiazioni. Per fare ciò, hanno usato CD117/LNP che incapsula l’mRNA per PUMA, una proteina che promuove la morte cellulare. In una serie di esperimenti in vitro, ex vivo e in vivo, i ricercatori hanno dimostrato che il targeting in vivo con CD117/LNP-PUMA ha effettivamente impoverito le HSC, consentendo il successo dell’infusione e dell’assorbimento di nuove cellule del midollo osseo, un processo noto come attecchimento, senza bisogno di chemioterapia o radiazioni. I tassi di attecchimento osservati nei modelli animali erano coerenti con quelli segnalati come sufficienti per la cura dell’immunodeficienza combinata grave (SCID) utilizzando cellule del midollo osseo di donatori sani, suggerendo che questa tecnica potrebbe essere utilizzata per le immunodeficienze gravi. “Questi risultati possono potenzialmente trasformare la terapia genica, non solo consentendo la modifica genica specifica del tipo di cellula in vivo con un rischio minimo, che potrebbe consentire manipolazioni precedentemente impossibili della fisiologia delle cellule staminali del sangue, ma anche fornendo una piattaforma che, se adeguatamente sintonizzata, può correggere molti diversi disturbi monogenici”, ha concluso l’autore Breda, a capo del team di ricerca.
Lella Simone