Gen-reparation gjort mere sikker – håb for sjælden sygdom

Der eksisterer et stort ønske om at kunne udvikle genetiske behandlinger til at kurere en lang række sygdomme.

Formålet er meget simpelt at kunne give folk én behandling, og at de så efterfølgende vil være sluppet af med en sygdom, de har lidt af hele livet.

En sådan sygdom kunne være kronisk granulomatøs sygdom, der er en arvelig immundefekt, hvor blodets hvide blodceller ikke fungerer, som de skal, og som derfor resulterer i gentagne bakterieinfektioner.

Det er faktisk allerede i dag muligt at reparere det defekte gen ved kronisk granulomatøs sygdom, men teknikken er endnu ikke sikker nok til, at det er muligt at bruge teknologien i mennesker.

Det kan dog ændre sig snart, efter forskere har videreudviklet på en specifik genredigeringsteknologi og gjort den mere præcis og med markant mindre fejlmargin.

“Vi vil gerne benytte CRISPR-teknologi til at reparere sygdomsfremkaldende gener i mennesker, men teknologierne kræver stadig udvikling. Her gør vi CRISPR mere sikker og bringer den tættere på klinisk brug. Vores fund er ikke bare relevante for behandling til patienter med kronisk granulomatøs sygdom, men til blodsygdomme og genetiske sygdomme generelt,” fortæller den ledende forsker bag en række nye studier af CRISPR-teknologien, professor Jacob Giehm Mikkelsen fra Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.

Jacob Giehm Mikkelsen har også tidligere i perioden 2019-25 været medlem af Det Etiske Råd.

Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.

Drømmen: at reparere gener direkte i kroppen

Der er flere muligheder for at rette op på defekte gener og derigennem kurere sygdom.

En mulighed er at tage blodceller ud af folk med sygdom, rette i generne i laboratoriet og derefter injicere dem i patienterne igen.

Gør man det med for eksempel blodets stamceller, vil stamcellerne blive ved med at producere flere af de celler, som førhen var defekte, men som med det tilrettede gen nu kan fungere korrekt.

Det er teknikken til redigering af sygdomsgener i blodets stamceller som forskningsholdet har studeret og gjort mere sikker, og det store mål er at kunne reparere generne inde i kroppen på folk fremfor at skulle tage cellerne ud først.

En cykellap til DNA’et

Jacob Giehm Mikkelsen forklarer, at studiet handler om en form for genetisk reparation, hvor man bruger kroppens egne naturlige reparationsmekanismer. Når DNA normalt går i stykker, kan cellen selv lappe hullet. Her udnytter forskerne samme princip – men guider processen, så det er netop det defekte gen, der bliver repareret.

For at kunne gøre det skal man bruge forskellige dele af et genetisk værktøj. For det første skal man bruge en genetisk saks (proteinet Cas9) til at klippe hul i DNA’et.

Denne saks skal være guidet af et lille stykke RNA, som binder på DNA’et lige akkurat det sted, hvor der er en genetisk fejl, som skal udbedres.

Endelig skal der bruges en genetisk lap, som er den korrekte gensekvens på den del af genet, som er defekt.

Denne gensekvens skal overlappe både til højre og venstre for fejlen – som en cykellap, der ikke bare dækker hullet, men også lidt ekstra omkring, så reparationen bliver stabil og tæt.

Fra defekt gen til fungerende immunceller

Efter guideRNA’et har leveret den genetiske saks til det rigtige sted på genet, klipper den et hul i DNA’et, hvorefter kroppens egne reparationsmekanismer benytter ”cykellappen” til at lukke hullet igen.

Resultatet er, at ikke blot hullet, men også mulige genfejl, der ligger i umiddelbar nærhed af hullet, bliver repareret, hvilket gør genet funktionelt igen.

”Bruger man denne metode til at reparere i blodstamcellerne, fixer man de celler, som er ansvarlige for at lave alle blodets celler. Når vi taler om kronisk granulomatøs sygdom, taler vi om, at vi med teknologien korrigerer et gen, som gør stamcellerne i stand til at producere korrekt fungerende fagocytter.”

Fagocytter er en celletype, som er involveret i kroppens immunforsvar, og som er med til at nedbryde fremmedlegemer i kroppen.

”Hvis disse celler har defekt i genet CYBB, kan de ikke nedbryde for eksempel bakterier, og det er det, som man kan reparere med disse teknikker,” forklarer Jacob Giehm Mikkelsen.

Sådan gør forskerne den genetiske saks mere præcis

Nuvel, den teknik, som er beskrevet ovenfor, har forskere kendt til i nogle år, men den er endnu ikke sikker nok til, at den kan benyttes til at kurere sygdom i mennesker.

Jacob Giehm Mikkelsen fortæller, at stamcellerne kan reagere negativt på de redskaber, forskerne bruger. Et eksempel er, at et ”sikkerhedsgen” i cellerne – kaldet p53 – bliver slået til. Normalt beskytter det cellen mod skader, men i denne situation kan det stoppe cellen i at dele sig eller i værste fald få den til at dø.

Det nye forskningsresultat omhandler justeringer af teknologien, så den bliver mindre tilbøjelig til at påvirke stamcellerne negativt.

En af de tilgange, som forskerne benytter til at gøre CRISPR-teknologien mindre giftig for cellerne, er ved at benytte færre virus til at levere de genetiske værktøjer inde i cellerne.

Årsagen er den, at de mange virus stresser cellerne, så jo færre jo bedre.

Når cellernes sikkerhedssystem slår alarm

En anden justering handler om selve den genetiske saks. Normalt klipper CRISPR et hul på tværs af DNA-strengen, lidt som hvis man skærer en elastik helt over – og det kan give fejl. I stedet laver forskerne nu to små klip lige ved siden af hinanden, så reparationen bliver mere præcis og med langt mindre risiko for, at DNA-stykker sættes forkert sammen.

Det giver et mere kontrolleret indgreb i DNA’et og reducerer risikoen for, at cellens egne reparationsmekanismer klistre DNA-stumper forkert sammen på tværs af kromosomer.

På den måde kan det undgås, at der klistres dele af forskellige kromosomer sammen, hvilket ofte ses ved brug af CRISPR-teknologi i sin oprindelige form.

“Det handler basalt set om at finjustere vores værktøjer, så de bliver rigtig gode til at reparere DNA, men uden at de samtidig kommer med høj risiko for at lave fejl. Det er nødvendigt, for at vi kan bringe behandlingerne frem til brug i mennesker,” forklarer Jacob Giehm Mikkelsen.

Fra laboratoriet til patienterne

Der er stadig et stort spring fra prækliniske forsøg i cellekulturer og musemodeller til egentlig behandling af patienter. Men de nye resultater giver et afgørende bevis for, at teknologien kan forfines til en sikkerhed, der gør kliniske studier realistiske.

Det spring prøver Jacob Giehm Mikkelsen nu og i samarbejde med andre forskningsgrupper at lave ved at undersøge muligheden for at bruge CRISPR-teknologi til at reparere gener i kroppen hos mennesker.

Forskerne har nemlig modtaget bevillinger med det formål, at de skal afprøve nogle af deres forbedrede genetiske værktøjer i mennesker med sygdom.

Om det bliver kronisk granulomatøs sygdom eller en anden immundefekt, må tiden vise, siger Jacob Giehm Mikkelsen.

“Vi har en række patientgrupper i kikkerten. Vi er stadigvæk i gang med en sikkerhedsvurdering af, hvad der vil virke, og hvad der vil være godt for den enkelte patient, som bliver behandlet. Men det er klart, at vi især vil være interesseret i at kunne gøre noget for de patienter, der har allermest brug for en behandling.”

Forskerne håber, at deres bidrag betyder, at teknologien nu kan reparere gener meget effektivt

”Samtidig håber vi, at de genetiske værktøjer ikke skaber nye problemer. Vi skal kunne godtgøre, at behandlingen vil være sikker at benytte hos mennesker,” siger han.