Genbewerking verbetert de spierfunctie in muizen met duchenne spierdystrofie


Genbewerking verbetert de spierfunctie in muizen met duchenne spierdystrofie

Met behulp van een baanbrekend nieuw gereedschap om genetische mutaties te corrigeren, hebben wetenschappers de spierfunctie in levende muizen met Duchenne spierdystrofie succesvol hersteld.

De onderzoekers geprogrammeerd het gen-editing systeem om het dysfunctionele deel van het gen te vinden en uit te schakelen, waardoor het lichaam's natuurlijke DNA-reparatiesysteem het gen weer in elkaar steekt.

Het gereedschap voor het bewerken van genen - genaamd CRISPR / Cas9 - werkt door DNA te corrigeren die cellen blokkeert van het maken van een eiwit dat belangrijk is voor de spierfunctie.

In het tijdschrift Wetenschap , Een team onder leiding van onderzoekers aan de Duke University in Durham, NC, rapporteert hoe dit de eerste keer is dat CRISPR / Cas9 succesvol een genetische ziekte heeft behandeld in een volwassen, levende zoogdier.

Zij concluderen dat dit blijkt dat CRISPR / Cas9 potentieel als een therapie voor de mens heeft.

Echter, terwijl senior auteur Charles A. Gersbach, universitair hoofddocent biomedische techniek aan de Duke University, de bevindingen van deze eerste vroege experimenten beschrijft als "zeer spannend", merkt hij ook op:

"Er is nog een aanzienlijke hoeveelheid werk te doen om dit te vertalen naar een menselijke therapie en veiligheid te demonstreren."

Mensen met Duchenne spierdystrofie kunnen geen normale dystrofine maken - een eiwit dat helpt bij het versterken en beschermen van spiervezels, die worden gevonden in spieren die worden gebruikt voor beweging (skeletspieren) en in hartspieren.

Naarmate de ziekte vordert, heeft de spier de neiging om te versnipperen en langzaam te verslechteren. Dit wordt ervaren als een progressief verlies van spierfunctie en zwakte die begint in de onderste ledematen.

Duchenne spierdystrofie heeft vooral invloed op mannen - wereldwijd worden ongeveer 1 op 3.500 babyjongens geboren bij de ziekte. De meeste patiënten zijn rolstoelgebonden tegen de tijd dat zij hun tiende verjaardag bereiken en leven zelden langs hun vroege 30s.

De ziekte heeft vooral invloed op mannen, omdat de mutatie die het veroorzaakt, wordt gevonden op het X-chromosoom. Aangezien vrouwtjes twee kopieën van het X-chromosoom hebben, hebben ze veel meer kans om tenminste één functionerende kopie van het gen te erfen.

Game-wisselaar in de genetische techniek

CRISPR / Cas9 wordt genegeerd als een game-wisselaar in genetische engineering, omdat het een aanzienlijk snellere en eenvoudiger manier is om DNA te veranderen dan eerdere technieken.

Het verandert de manier waarop fundamenteel onderzoek wordt uitgevoerd en hoe we denken over ziektebehandeling.

De techniek kan worden vergeleken met het tekst-bewerkingsgereedschap "vinden en vervangen" in een tekstverwerker die een onjuiste reeks tekens in de tekst zoekt en elke gebeurtenis met de juiste vervangt.

CRISPR / Cas9 bevat drie elementen: een DNA-snijend enzym (het Cas9-eiwit), de gecorrigeerde DNA-sequentie en een bevindingsmolecuul - de CRISPR (clusterde regelmatige interspaced korte palindromische herhalingen).

Het CRISPR-molecuul vindt de precieze plaats van het onjuiste DNA op het doelchromosoom, het snij-enzym snijdt precies de verkeerde sequentie en het juiste DNA wordt ingevoegd. Het is ook mogelijk om dit laatste stadium te verlaten en gewoon het foutieve DNA te verwijderen en te vervangen. Dit is de methode die in de nieuwe studie wordt gebruikt.

CRISPR / Cas9 is een aangepaste versie van een natuurlijk verdedigingssysteem dat bacteriële cellen gebruiken om invasieve virussen te aanvallen door hun DNA op te snijden.

Prof. Gersbach's lab heeft sinds 2009 genetische behandelingen voor Duchenne onderzocht met verschillende genveranderende systemen. In eerdere projecten hadden ze CRISPR / Cas9 gebruikt om genetische mutaties in gekweekte cellen van patiënten met Duchenne spierdystrofie te corrigeren en andere groepen hebben ook de Nieuw gereedschap om genen in single-cell embryo's in het lab te corrigeren.

Echter, de embryo-aanpak is momenteel onethisch om in mensen te proberen, en de gekweekte cellenbenadering biedt veel problemen, zoals hoe de behandelde cellen succesvol worden teruggebracht naar spierweefsels.

Gebruik van een virus om CRISPR / Cas9 in cellen te leveren

Voor hun nieuwe studie ging het team verder naar een andere aanpak - die het genverwerkingsgereedschap rechtstreeks in de getroffen weefselcellen door middel van gentherapie levert. En terwijl deze methode ook leveringsuitdagingen voordoet, overwonnen ze ze door een adeno-geassocieerd virus (AAV) als drager te gebruiken.

Virussen maken ideale bezorgingsvoertuigen voor genverwerking. Ze zetten zich in het genetische materiaal van de cellen van de organismen die ze binnenvinden en herprogrammeren van cellulaire machines om kopieën van zichzelf te maken en verspreiden.

AAV's zijn kleine virussen die mensen besmetten zonder ziekte te veroorzaken. Dit is een van de eigenschappen die ze ideaal zijn voor gentherapie. Ze zijn ook bijzonder effectief om in cellen te komen.

Er zijn verscheidene klinische proeven in de VS in de VS die gebruik maken van AAV's, en hun gebruik is al goedgekeurd in een gentherapie drug in de Europese Unie (EU).

Er zijn ook verschillende soorten AAV die cellen in verschillende weefsels richten - zodat onderzoekers ze systematisch kunnen leveren. Een van deze lijkt de voorkeur te geven aan cellen in de skelet- en hartspier.

Aanvankelijk had het team het probleem van het invoegen van de CRISPR / Cas9 in het virus. AAV is een erg klein virus en de CRISPR / Cas9 is relatief groot: "Het past gewoonweg niet goed, dus we hebben nog een verpakkingsprobleem," legt prof. Gersbach uit.

De oplossing kwam in de vorm van een ontdekking door een team, Feng Zhang, een biomedische ingenieursprofessor aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Het probleem lag met het grote Cas9-eiwit - het DNA-snij enzym onderdeel van het gereedschap. De Cas9 die onderzoekers normaal gesproken gebruiken, komen van de bacteriële soorten Streptococcus pyogenes , Maar prof. Zhang had onlangs een veel kleiner Cas9-eiwit gevonden Staphylococcus aureus - klein genoeg om in de AAV te passen.

CRISPR / Cas9 en AAV gerestaureerde spierfunctie in muismodel

Voor de nieuwe studie werkte het team met een muismodel dat een bijzonder vernederende mutatie heeft in het gen dat codeert voor dystrofine. Ze geprogrammeerd het nieuwe CRISPR / Cas9 systeem om het dysfunctionele deel van het gen te snijden, waardoor het lichaam van het natuurlijke DNA-reparatiesysteem het gen weer in elkaar steekt.

Het nieuwe gen was korter, maar functioneel, let op de onderzoekers, die suggereren dat omdat de methode die ze gebruikt gewoon het dysfunctionele deel van het gen verwijdert in plaats van het te vervangen, zou deze strategie effectief kunnen zijn bij een groter aantal Duchenne-patiënten.

Als eerste stap leverde het team de therapie direct naar de beenspier van een volwassen muis. Deze gerestaureerde productie van functionele dystrofine en verhoogde spierkracht.

Zij injecteerden vervolgens de CRISPR / Cas9 en AAV-combinatie in de bloedbaan van een muis om elke spier te bereiken. Deze gerestaureerde spierfunctie door het hele lichaam - inclusief het hart - een belangrijk resultaat sinds hartfalen is vaak wat mensen met Duchenne doodt.

In detail van het uitgebreide werk dat voorop staat voordat de therapie klaar kan zijn voor klinisch gebruik, stelt Prof. Gersbach op:

Van hieruit optimaliseren we het afleveringssysteem, evalueren de aanpak in strengere modellen van [Duchenne spierdystrofie] en beoordelen efficiëntie en veiligheid bij grotere dieren met het uiteindelijke doel om in klinische proeven te komen."

In maart 2015, Medical-Diag.com Meldde dat sommige wetenschappers - waaronder een pionierontwikkelaar van CRISPR / Cas9 - een beroep doen op de beperking van het menselijk genoom, omdat ze bezorgd zijn dat sommige veranderingen aan nakomelingen kunnen worden doorgegeven.

New bionics let us run, climb and dance | Hugh Herr (Video Medische En Professionele 2020).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Ziekte