Odważna próba wyleczenia HIV przy użyciu CRISPRu

W lipcu mężczyzna zarażony wirusem HIV został pierwszym ochotnikiem w badaniu klinicznym, którego celem było wykorzystanie edycji genu CRISPR do wycięcia wirusa wywołującego AIDS z jego komórek. Na godzinę był podłączony do worka infuzyjnego, który pompował eksperymentalne leczenie bezpośrednio do jego krwiobiegu. Jednorazowa infuzja ma na celu przeniesienie narzędzi do edycji genów do zainfekowanych komórek mężczyzny w celu usunięcia wirusa. Jeszcze w tym miesiącu wolontariusz przestanie brać leki antyretrowirusowe, które brał, aby utrzymać wirusa na niewykrywalnym poziomie. Następnie badacze będą czekać 12 tygodni, aby sprawdzić, czy wirus się odbije. Jeśli nie, uznają eksperyment za sukces. „Staramy się przywrócić komórkę do stanu zbliżonego do normalnego”, mówi Daniel Dornbusch, dyrektor generalny Excision BioTherapeutics, firmy biotechnologicznej z siedzibą w San Francisco, która prowadzi badanie. Wirus HIV atakuje komórki odpornościowe w organizmie zwane komórkami CD4 i porywa je, aby tworzyć swoje kopie. Ale niektóre komórki zakażone wirusem HIV mogą przejść w stan uśpienia – czasami przez lata – i nie wytwarzać aktywnie nowych kopii wirusa. Te tak zwane rezerwuary stanowią główną przeszkodę w leczeniu HIV. „HIV jest trudnym przeciwnikiem w walce, ponieważ jest w stanie wpisać się w nasze własne DNA, a także może milczeć i reaktywować się w różnych momentach życia człowieka” – mówi Jonathan Li, lekarz w Brigham and Women's Hospital and HIV naukowiec z Uniwersytetu Harvarda, który nie jest zaangażowany w proces z CRISPR. "Ustalenie, jak celować w te rezerwuary – i zrobienie tego bez szkodzenia żywotnym komórkom CD4 – okazało się trudne", mówi Li. Chociaż leki antyretrowirusowe mogą zatrzymać replikację wirusa i usunąć wirusa z krwi, nie mogą dotrzeć do tych rezerwuarów, więc ludzie muszą codziennie przyjmować leki przez resztę swojego życia. Ale firma Excision BioTherapeutics ma nadzieję, że CRISPR na dobre usunie HIV.

CRISPR jest używany w kilku innych badaniach w leczeniu kilku stanów wynikających z mutacji genetycznych. W takich przypadkach naukowcy używają CRISPRu do edytowania komórek ludzi. Ale w przypadku badania nad HIV naukowcy z Excision obracają narzędzie do edycji genów przeciwko wirusowi. Infuzja z CRISPRem zawiera cząsteczki edytujące geny, których celem są dwa regiony genomu HIV ważne dla replikacji wirusa. Wirus może się rozmnażać tylko wtedy, gdy jest w pełni nienaruszony, więc CRISPR zakłóca ten proces, wycinając fragmenty genomu. W 2019 roku naukowcy z Temple University i University of Nebraska odkryli, że użycie CRISPRu do usunięcia tych regionów wyeliminowało HIV z genomów szczurów i myszy. Rok później grupa z Temple wykazała również, że podejście to bezpiecznie usunęło wirusowe DNA z makaków chorujących na SIV, małpiej wersji wirusa HIV. "To był ważny krok w kierunku testowania leczenia na ludziach", mówi Kamel Khalili, profesor mikrobiologii na Temple University, który kierował pracami i jest współzałożycielem Excision Biotherapeutics. „Nie tylko chcemy wyeliminować genom wirusowy, ale jednocześnie powodować zakłócenia w innej części genomu ludzkiego, a następnie stwarzać kolejny zestaw dla pacjentów”, mówi. „Musieliśmy upewnić się, że zidentyfikowaliśmy region w obrębie HIV, który nie pokrywa się z ludzkim genomem”. Dornbusch uważa, że ​​ta strategia oszczędzi pacjentom poważnych skutków ubocznych i „niedocelowych” zmian – niezamierzonych cięć w innym miejscu genomu, które mogą powodować problemy, takie jak rak. Regiony objęte terapią z użyciem CRISPRu znajdują się również w części genomu, która ma tendencję do pozostawania bez zmian, nawet gdy ewoluuje HIV. To ważne, ponieważ wirus szybko mutuje, a naukowcy nie chcą ruchomego celu. 

To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy próbowali zastosować edycję genów w nadziei na wyleczenie ludzi z HIV, ale inne wysiłki skupiły się na ochronnej mutacji w genie zwanym CCR5. W latach 90. naukowcy odkryli, że osoby z tą naturalnie występującą mutacją nie zarażają się wirusem HIV, gdy są na nią narażeni. Mutacja – znana jako delta 32 – blokuje zdolność wirusa do dostania się do wnętrza komórek odpornościowych. W 2009 roku Sangamo Therapeutics z Kalifornii zastosowało starszą technologię edycji zwaną nukleazą palca cynkowego, aby dodać tę ochronną mutację do limfocytów T pacjentów – ważnej części układu odpornościowego. Próby te odniosły ograniczony sukces.

W 2017 roku chińscy naukowcy połączyli Crispr z przeszczepem szpiku kostnego, próbując wyleczyć pacjenta z HIV i białaczką. W typowym przeszczepie komórki macierzyste dawcy są przenoszone do biorcy w celu zastąpienia ich rakowych komórek krwi. Komórki te tworzą nowe, zdrowe komórki krwi. Aby zająć się również HIV pacjenta, naukowcy edytowali komórki macierzyste dawcy za pomocą Crispr, aby wyłączyć CCR5. Ale po przeszczepie tylko niewielki procent komórek szpiku kostnego pacjenta zakończył się pożądaną edycją.

Następnie w 2018 r. chiński naukowiec He Jiankui użył CRISPRu by edytować mutację CCR5 w genomach bliźniaczych dziewczynek, aby uczynić je odpornymi na HIV. Obarczony etycznymi naruszeniami eksperyment został powszechnie potępiony przez naukowców. Jego badania zostały zawieszone przez chiński rząd i odsiedział trzy lata więzienia. Chociaż bliźnięta urodziły się zdrowe, tylko niektóre z ich komórek zostały pomyślnie zmodyfikowane, co oznacza, że ​​dziewczynki mogą w rzeczywistości nie być odporne na HIV. Od 2022 r. dwie osoby zostały wyleczone z HIV po przeszczepieniu szpiku kostnego od dawców z CCR5. Znani jako pacjent z Berlina i pacjent z Londynu, obaj mieli raka i otrzymali przeszczepy w celu leczenia ich choroby. Ale te przeszczepy nie są realną opcją dla większości ludzi – są bardzo ryzykowne, a dawców z mutacją delta 32 jest niewielu. Trzecia osoba została uznana za wyleczoną z HIV na początku tego roku po tym, jak otrzymała nowy rodzaj przeszczepu z krwi pępowinowej. Próba Excision ostatecznie włączy do tego dziewięciu uczestników i przetestuje trzy dawki, aby określić, która jest najskuteczniejsza. Badacze zmierzą miano wirusa i liczbę komórek CD4 u każdej osoby przed otrzymaniem terapii i po zaprzestaniu przyjmowania leków przeciwretrowirusowych. Ostatecznym celem jest doprowadzenie wiremii do niewykrywalnego poziomu — to znaczy mniej niż 200 kopii wirusa HIV na mililitr krwi. Na tym poziomie HIV nie może być przenoszony przez seks.

Wyzwaniem dla Excision będzie doprowadzenie CRISPRu do wystarczającej liczby komórek, aby sprowadzić wirusa HIV do niewykrywalnego poziomu. Firma używa zmodyfikowanego wirusa do przenoszenia elementów genów do komórek CD4 pacjentów zakażonych wirusem HIV. Ale jak dotąd niewiele jest danych na temat tego, jak dobrze CRISPR działa, gdy jest dostarczany bezpośrednio do organizmu. „Możliwe, że wirus sprowadzi się do tak niskiego poziomu, że jeśli układ odpornościowy osoby będzie nienaruszony, może być w stanie utrzymać wirusa na dystans tak, że nie będzie musiał już brać terapii antyretrowirusowej” – mówi Rowena Johnston, wiceprezes i dyrektor ds. badań w amfAR, Fundacji Badań nad AIDS.

"I chociaż te leki są bardzo skuteczne", mówi Johnston, "wiele osób wolałoby być całkowicie wolnymi od wirusa. Pojedyncza dawka CRISPRu – jeśli zadziała – wyeliminuje potrzebę codziennego przyjmowania tabletek. Ludzie z HIV nadal żyją z dużym napiętnowaniem i uwewnętrznionym wstydem” – mówi. „Myślę, że lekarstwo jest czymś, co jest znacznie lepsze niż terapia przez całe życie, niezależnie od tego, jak łatwa ona będzie”.