Nuovo Editing Genetico: CRISPR 2.0

A differenza di CRISPR 1.0, che modifica il DNA in modo più invasivo, CRISPR 2.0 può effettuare incisioni precise, rendendolo adatto a una gamma più ampia di applicazioni di terapia genica. Mentre i normali sistemi CRISPR-Cas9 causano rotture del doppio filamento del DNA, aumentando il rischio di mutazioni indesiderate, i sistemi di editing genetico più sicuri, come gli editor di base e gli editor principali, operano su un singolo filamento di DNA, riducendo tale rischio. Un esempio di editor di base è stato visualizzato in 3D da Gavin J. Knott e Audrone Lapinaite durante il loro periodo di ricerca post-dottorato all’UC Berkeley. Attualmente, Knott e Lapinaite sono rispettivamente alla Monash University e all’Arizona State University.

Gli scienziati hanno lavorato instancabilmente per rendere i sistemi CRISPR-Cas sempre più precisi ed efficienti, puntando a sviluppare trattamenti medici sicuri ed efficaci basati su CRISPR-Cas. Nel tempo, hanno scoperto e creato varianti di Cas, costruito ampie librerie di RNA guida (gRNA) e ideato nuovi metodi di editing genetico. Questi progressi hanno consentito di portare CRISPR nella pratica clinica.

Entro la fine del 2023, erano in corso o completati 84 studi clinici in tutto il mondo che coinvolgevano i sistemi CRISPR-Cas. Inoltre, la Food and Drug Administration degli Stati Uniti ha approvato la prima terapia di editing genetico basata su CRISPR, chiamata Casgevy. Sviluppata da Vertex Pharmaceuticals e CRISPR Therapeutics, questa terapia è destinata al trattamento dell’anemia falciforme e della beta-talassemia trasfusione-dipendente.

Un sistema di editing genetico più sofisticato

Il successo di Casgevy sottolinea il grande potenziale dei sistemi CRISPR-Cas9 nel rimuovere geni con alta efficienza e specificità. Tuttavia, molti disturbi genetici sono il risultato di combinazioni complesse di mutazioni, delezioni e duplicazioni, che richiedono strategie di editing più sofisticate come la correzione e l’inserimento di segmenti genetici. Attualmente, queste tecniche non raggiungono lo stesso livello di efficienza e specificità, ma Christof Fellmann, PhD, capo di CRISPR-X presso CRISPR Therapeutics, suggerisce che nel tempo potrebbero migliorare significativamente.

CRISPR Therapeutics ha sviluppato le candidate allogeniche di cellule CAR T, CTX112 e CTX131, entrambe basate sullo stesso chassis modificato da CRISPR. Mentre CTX112 mira a CD19, CTX131 mira a CD70. Dati preliminari indicano che entrambe le terapie possono portare a un’espansione e a una persistenza funzionale significativamente migliorata delle cellule T CAR nei pazienti. Nel corso del 2024, sono attesi aggiornamenti clinici su entrambi i trattamenti, CTX112 e CTX131.

CRISPR Therapeutics sta innovando nell’ingegnerizzazione delle cellule T del recettore dell’antigene chimerico allogenico (CAR) mediante una combinazione di knockout e editing per inserimento, aumentando così la loro potenza. Attualmente, due candidati terapeutici sono in fase clinica per trattare diversi tipi di tumori, con previsione di avviare entro la prima metà del 2024 due ulteriori studi clinici mirati al lupus eritematoso sistemico e alle neoplasie ematologiche.

In parallelo, CRISPR Therapeutics sta conducendo studi clinici su terapie CRISPR-Cas9 in vivo, offrendo trattamenti potenzialmente una tantum per una vasta gamma di malattie. Questi includono trattamenti sperimentali che utilizzano nanoparticelle lipidiche per consegnare CRISPR-Cas9 al fegato, disabilitando geni specifici legati alle malattie cardiovascolari. Dopo risultati promettenti nei test preclinici con riduzioni durature di proteine chiave, entrambi i trattamenti sono ora in fase di sperimentazione clinica.

Il team CRISPR-X sta spingendo i limiti dell’editing genetico concentrandosi sullo sviluppo di metodi per correggere e inserire geni direttamente in vivo nel fegato e in altri organi. Secondo Fellmann, “CRISPR-X sta esplorando e sviluppando nuove modalità di editing che ci permetteranno di affrontare nuove potenziali indicazioni di malattia in vari tessuti bersaglio”. Questi avanzamenti potrebbero avere un impatto significativo su diverse aree patologiche, sia comuni che rare, nel corso del tempo.

Un sistema di monitoraggio CRISPR in tempo reale e dettagliato

Lo sviluppo di sistemi di editing genetico CRISPR altamente performanti dipende principalmente dalla scelta accurata dei componenti chiave del sistema, come gli RNA guida (gRNA) e le proteine Cas. Tuttavia, questa selezione solitamente comporta l’uso di metodi laboriosi, cronofagi e costosi che includono analisi cellulari e sequenziamento per valutare l’editing on/off-target. Purtroppo, questi approcci potrebbero non fornire una valutazione dettagliata della formazione complessa o del legame con il bersaglio.

CRISPR QC ha introdotto un’alternativa innovativa con il CRISPR-Chip di Cardea Bio, una piattaforma di analisi in tempo reale che permette di raccogliere dati cruciali sulla performance come efficienza di legame, forza di legame e tasso di scissione. A differenza di altri strumenti CRISPR, il CRISPR-Chip opera rapidamente e non richiede competenze tecniche specializzate. Questo non solo accelera il processo di ricerca e riduce i costi, ma anche migliora la comprensione dei meccanismi di CRISPR, aprendo la strada a progettazioni più efficaci.

“La nostra piattaforma può aiutare a ridurre il numero di formazioni da testare, identificando quelle meno probabili di successo”, afferma la dott.ssa Kiana Aran, co-fondatrice e membro del consiglio di amministrazione di CRISPR QC. “Questo non solo amplia le capacità di editing genetico, ma anche approfondisce la nostra conoscenza di CRISPR per sviluppare approcci più avanzati.”

CRISPR QC ha standardizzato le procedure di editing genetico in collaborazione con il Consorzio per l’editing del genoma del National Institute of Standards and Technology. Ulteriori dettagli su questo lavoro saranno pubblicati nel corso dell’anno. Anche se al momento il CRISPR-Chip non è stato utilizzato per testare nuovi sistemi di editing genetico di prossima generazione, come gli editor di base o gli editor principali, l’azienda prevede di estendere la sua applicazione in questo ambito.

Sicurezza Clinica nell’Editing Genetico: Innovazioni e Sfide

L’introduzione dell’editing di base nel 2016 ha rappresentato un passo significativo per consentire agli scienziati di modificare con precisione singoli nucleotidi senza generare rotture a doppio filamento nel DNA. Questa metodologia ha reso CRISPR potenzialmente più sicuro, evitando le problematiche delle rotture del DNA che possono causare modifiche indesiderate, traslocazioni e eliminazioni fuori bersaglio, portando alla disfunzione o alla morte delle cellule.

Nonostante questo vantaggio distintivo degli editor di base rispetto ai sistemi CRISPR-Cas convenzionali, le modifiche non intenzionali sul sito di destinazione e altrove rimangono una sfida critica per entrambi i metodi di modifica. “La principale sfida degli strumenti di modifica di base sono le modifiche indesiderate”, spiega Priya Chockalingam, PhD, vicepresidente e responsabile della bioanalitica clinica e delle scienze traslazionali presso Beam Therapeutics.

Il monitoraggio e la valutazione di queste modifiche sono essenziali durante i test clinici. Prima che una proposta terapeutica di editing genomico possa procedere alla fase clinica, lo sponsor del farmaco deve condurre una valutazione preclinica rigorosa per identificare e valutare il potenziale delle modifiche indesiderate, nonché le loro conseguenze biologiche.

“Vengono eseguiti studi preclinici per valutare e caratterizzare i rischi associati ai prodotti geneticamente modificati”, continua Chockalingam. “Il processo per la valutazione delle modifiche fuori bersaglio include la previsione in silico, il rilevamento sperimentale, la conferma delle modifiche fuori bersaglio e infine il monitoraggio clinico delle modifiche fuori bersaglio confermate.”

Beam Therapeutics attualmente ha due prodotti in fase di sperimentazione clinica: uno per il trattamento dell’anemia falciforme e l’altro per la produzione di cellule T CAR da donatori. Recentemente, l’azienda ha ottenuto l’autorizzazione per avviare uno studio clinico nel Regno Unito per una terapia in vivo destinata ai pazienti affetti da deficit di α1-antitripsina, una malattia genetica ereditaria associata a gravi patologie polmonari ed epatiche.

In conclusione, l’editing genetico rappresenta una frontiera entusiasmante della medicina moderna, promettendo di rivoluzionare il trattamento delle malattie genetiche e di aprire nuove strade nella cura personalizzata. Con i rapidi progressi nella tecnologia e la continua ricerca di nuove metodologie, siamo sulla soglia di trasformazioni significative nella pratica clinica. Il futuro dell’editing genetico non è solo promettente ma anche cruciale per migliorare la qualità della vita dei pazienti e affrontare sfide mediche globali.