Eins und fertig? Wie CRISPR die klinische Perspektive für mehrere Krankheiten verändert

Vor etwas mehr als einem Jahrzehnt wurde in Science1 ein Artikel veröffentlicht, der Science-Fiction Wirklichkeit werden ließ. Emmanuel Charpentier, Jennifer Doudna und Kollegen berichteten, dass sie eine Möglichkeit gefunden hatten, ein Element eines bakteriellen Immunsystems zu nutzen, um die Genombearbeitung auf eine Weise durchzuführen, die weitaus einfacher und vielseitiger war als frühere Werkzeuge zur Genbearbeitung.

Dieses System heißt CRISPR (kurz für Clustered Regular Interspaced Palindromic Repeats) und wurde seitdem von Wissenschaftlern und kommerziellen Unternehmen für den Einsatz bei der Behandlung von Krankheiten entwickelt, die durch genetische Mutationen verursacht werden.

Die Technologie ermöglicht Änderungen an der DNA an Positionen, die von einem RNA-Leitfaden bestimmt werden, der sich in einem CRISPR-assoziierten Protein namens Cas9 befindet. Cas9 ist ein Nukleaseenzym, das beide DNA-Stränge an der durch die RNA-Führung festgelegten Stelle schneidet. Anschließend reparieren die Zellen die DNA, indem sie entweder die Enden des Doppelstrangbruchs mit einer kleinen Änderung in der Sequenz an diesem Bruch zusammenkleben oder indem sie an der Stelle des Schnitts ein neues DNA-Stück integrieren. Wichtig ist, dass die 20 Basen lange Leit-RNA-Sequenz leicht geändert werden kann, was bedeutet, dass es relativ einfach ist, Cas9 auf ein anderes Gen umzuleiten.

Diese Einfachheit zusammen mit verbesserter Effizienz und geringeren Kosten hat dazu geführt, dass CRISPR-Cas9 frühere Gen-Editing-Technologien, die auf Zinkfinger-Nukleasen und Transkriptionsaktivator-ähnlichen Effektor-Nukleasen basieren, die ebenfalls doppelsträngige DNA-Brüche erzeugen, schnell überholt hat.

Heute ist das Rennen um die erste zugelassene CRISPR-Therapie im Gange, und die raschen Fortschritte deuten darauf hin, dass 2023 im Hinblick auf den klinischen Erfolg wahrscheinlich ein großes Jahr für die Genbearbeitung sein wird.

David Liu, Professor am Broad Institute der Harvard University, Forscher am Howard Hughes Medical Institute und Mitbegründer mehrerer darauf spezialisierter Unternehmen, sprach im März dieses Jahres auf dem dritten internationalen Gipfel zum Thema Humangenome Editing in London Gen-Editing, sagte, dass zu diesem Zeitpunkt 53 klinische Studien zur therapeutischen Gen-Editierung auf Clinicaltrials.gov aufgeführt waren. Zwei Drittel davon betreffen CRISPR-Nukleasen, und mehr als 200 Patienten wurden bereits mit Therapien behandelt, die auf Sequenzen abzielen, die bei Störung einen klinischen Nutzen bieten.

Der Spitzenreiter in diesem Rennen scheint derzeit Exa-cel zu sein, eine CRISPR-Cas9-basierte Behandlung für Sichelzellenanämie (SCD) und transfusionsabhängige B-Thalassämie (TDT), die in einer Zusammenarbeit zwischen Vertex Pharmaceuticals und CRISPR entwickelt wurde Therapeutika.

SCD ist ein gutes Ziel für die Behandlung mit Gen-Editierung, da die Pathophysiologie bereits gut verstanden ist und ein großer ungedeckter klinischer Bedarf besteht. Tatsächlich leben Millionen von Menschen auf der ganzen Welt mit SCD, und jedes Jahr werden etwa 300.000 Babys mit dieser Krankheit geboren.2

Die genetische Erkrankung resultiert aus einer Mutation im B-Globin-Gen (HBB), das einen Hauptbestandteil des erwachsenen Hämoglobins kodiert. Die Krankheit ist durch halbmond- oder „sichelförmige“ rote Blutkörperchen gekennzeichnet und führt zu einem schlechten Sauerstoffgehalt im Blut und Verstopfungen der Blutgefäße. Diese verursachen chronische akute Schmerzsyndrome, schwere bakterielle Infektionen, Nekrose, chronische Organschäden und eine verkürzte Lebensdauer. Patienten mit Sichelzellenanämie werden jedoch gesund geboren und manifestieren sich erst im Säuglingsalter, wenn das Gen für fötales Hämoglobin abgeschaltet und durch erwachsenes Hämoglobin ersetzt wird.

Derzeit gibt es zwei Strategien für den Einsatz von CRISPR zur Behandlung von Menschen mit SCD. Die erste zielt darauf ab, den fetalen Hämoglobinspiegel zu erhöhen, der von der HBB-Mutation nicht betroffen ist, während die zweite darauf abzielt, die Mutation direkt zu reparieren. Beide werden mit einem Ex-vivo-Ansatz durchgeführt, bei dem einem Patienten Stammzellen entnommen, mit CRISPR bearbeitet und dann erneut infundiert werden.

Exa-cel zielt auf den Erythroid-Enhancer BCL11A ab, der bekanntermaßen mit dem fetalen Hämoglobinspiegel3 bei Patienten mit SCD und TBT assoziiert ist. Durch die Bearbeitung des Gens an dieser Position mit CRISPR-Cas9 wird die Unterdrückung des fötalen Hämoglobins ausgeschaltet.

Auf der Jahrestagung der American Society for Hematology im Dezember 2022 vorgestellte Daten zeigten, dass 31 Patienten mit SCD Exa-Cel infundiert worden waren und alle frei von schmerzhaften Episoden von Kreislaufblockaden waren, die als vaso-okklusive Krisen (VOCs) bekannt sind, mit deren Folgen -up dauert zwischen 2 und 32 Monaten.4 Vor der Behandlung berichteten die Teilnehmer über durchschnittlich vier VOCs pro Jahr. Nach 3 Monaten betrug der mittlere Anteil des fetalen Hämoglobins mehr als 20 %.

Auf derselben Sitzung wurden entsprechende Daten für die ersten 44 Patienten mit TBT vorgestellt, die exa-cel erhielten.5 Von diesen stoppten 42 die Transfusion roter Blutkörperchen nach der Behandlung. Die mittlere Zeit seit der letzten Transfusion betrug 9 Monate, wobei bei 16 Patienten seit ihrer letzten Transfusion mindestens ein Jahr vergangen war. In den zwei Jahren vor der Studie erhielten die Patienten durchschnittlich 36 Blutkonserven pro Jahr.

Im Anschluss an diese Ergebnisse gaben Vertex und CRISPR Therapeutics den Abschluss der Biologika-Lizenzanträge (BLAs) bei der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für Exa-Cel für SCD und TDT bekannt. Die BLAs beinhalten Anträge auf vorrangige Prüfung, die, wenn sie gewährt würden, die Prüfung des Antrags durch die FDA von der standardmäßigen Prüfungsfrist von 12 Monaten ab dem Zeitpunkt der Einreichung auf acht Monate verkürzen würden. Das bedeutet, dass die Behandlung noch in diesem Jahr zugelassen werden könnte.

Nur wenige Wochen nach der BLA-Ankündigung erreichte Editas Medicine auch einen großen Meilenstein auf dem Weg zum klinischen SCD-Markt. Das Unternehmen erhielt den Orphan-Drug-Status für EDIT-301, ein in der Erprobung befindliches Gen-Editing-Therapeutikum zur Behandlung von SCD.

EDIT-301 ist eine weitere autologe Ex-vivo-Behandlung, unterscheidet sich jedoch von Exa-Cel dadurch, dass es die proprietäre AsCas12a-Nuklease verwendet, um das g-Globin-Gen zu bearbeiten und das fetale Hämoglobin zu erhöhen. Es wird derzeit im Rahmen der RUBY-Studie untersucht, in der bis Ende dieses Jahres 20 Patienten mit SCD behandelt werden sollen. Das erste klinische Update wird Mitte des Jahres erwartet.

Abseits des kommerziellen Bereichs arbeitet das gemeinnützige Innovative Genomics Institute (IGI) mit der University of California daran, mithilfe von CRISPR-Cas9 die Mutation im HBB-Gen direkt zu korrigieren und die reguläre Hämoglobinproduktion wiederherzustellen. Die Rekrutierung für eine Phase-I/II-Studie dieser Methode wird voraussichtlich noch in diesem Jahr beginnen.6

Trotz der Fortschritte und des Potenzials für eine „One-and-Done“-Therapie für SCD und TDT gibt es immer noch viele Engpässe bei der weiten Verbreitung, einschließlich der Ex-vivo-Natur der Zellmanipulation und der Notwendigkeit einer intensiven ablativen Chemotherapie, um das Blutsystem zuvor zu ersetzen Behandlung.

Abgesehen von SCD und TDT dürften in nicht allzu ferner Zukunft auch mehrere andere Krankheiten mit CRISPR-basierten Therapien behandelt werden. Bei einigen dieser Krankheiten wird die Genbearbeitung im Körper statt in entnommenen und behandelten Zellen induziert in einem Labor.

Eines der führenden Unternehmen, das sich mit der In-vivo-Genbearbeitung beschäftigt, ist Intellia Therapeutics. Es gibt zwei Kandidaten in frühen klinischen Studien.

Von beiden ist NTLA-2002 im Zulassungsprozess etwas weiter fortgeschritten, da der Phase-II-Teil seiner Phase-I/II-Studie außerhalb der Vereinigten Staaten bereits läuft. Im März gab Intellia bekannt, dass es die Zulassung für ein neues Prüfpräparat (IND) für NTLA-2002 erhalten hat, was es dem Unternehmen ermöglichen wird, Patienten aus den Vereinigten Staaten in diesen Teil der Studie einzubeziehen.

NTLA-2002 zielt auf das hereditäre Angioödem (HAE) ab, eine Erkrankung, die etwa einen von 50.000 Menschen weltweit betrifft und mit schweren Anfällen schmerzhafter Schwellungen im Körper einhergeht, die tödlich sein können, wenn Schwellungen im Hals auftreten und die Atemwege verengen. Die Gen-Editing-Therapie verwendet CRISPR-Cas9, um das Kallikrein-B1-Gen zu inaktivieren, das für Präkallikrein, das Kallikrein-Vorläuferprotein, kodiert. Eine Überexpression dieses Proteins führt zu einer Fehlregulierung der Bradykinin-Signalübertragung, was wiederum zu Gefäßlecks und letztendlich zu Schwellungen führt.

Auf der wissenschaftlichen Jahrestagung 2022 des American College of Allergy, Asthma & Immunology präsentierte Daten zeigten, dass NTLA-2002, das mithilfe eines Lipid-Nanopartikels (LNP) an Hepatozyten in der Leber abgegeben wird, den Kallikreinspiegel im Plasma um 65 % bis 92 % senkte. abhängig von der verabreichten Dosis bei den 10 in die Studie einbezogenen Patienten.7 Die durchschnittliche Reduzierung der Anfälle betrug 89 % am Ende des 16-wöchigen primären Beobachtungszeitraums, wobei noch laufende Daten gesammelt werden.

Die Daten für NTLA-2001, das auf die Transthyretin-Amyloidose (ATTR) abzielt, sind ebenfalls vielversprechend.8 Die Erkrankung entsteht durch ein fehlgefaltetes Protein namens TTR und führt zur Ansammlung von Amyloidablagerungen im Herzen, was zu fortschreitender Herzinsuffizienz führt. Bisher wurden 27 Patienten in zwei Armen einer Studie behandelt, bei der alle Patienten, die eine therapeutische Dosis erhielten, eine Verringerung der Serumspiegel des fehlgefalteten TTR-Proteins um nahezu oder mehr als 90 % aufwiesen.

„In den nächsten ein bis zwei Jahren ist es unser Ziel, beide Programme in der Zulassungs- oder Zulassungsphase zu haben“, sagt Ian Karp, Senior Vice President für Investor Relations und Unternehmenskommunikation bei Intellia.

Intellia verfügt außerdem über drei Produkte in der IND-Ermöglichungsphase: NTLA-2003 und NTLA-3001 für Leber- und Lungenerkrankungen, die mit einem Alpha-1-Antitrypsin-Mangel einhergehen, und ein Produkt, das es in Zusammenarbeit mit Regeneron für Hämophilie B entwickelt.

Neben den In-vivo-Kandidaten hat Intellia Ex-vivo-Produkte in der Pipeline, von denen sich eines, NTLA-6001, in der IND-Ermöglichungsphase für die Behandlung von CD30+-Lymphomen befindet.

Karp erzählt Inside Precision Medicine, dass das Unternehmen „schon immer das Ziel hatte, ein Vollspektrum-Geneditierungsunternehmen zu sein“. Intellia ist außerdem davon überzeugt, dass ihre modulare Plattformtechnologie ihnen einen schnellen und reproduzierbaren Weg zur Arzneimittelentwicklung bietet.

„Viele der Elemente, die wir verwenden, können für andere Krankheiten verwendet werden. Wenn Sie also ein neues Ziel oder eine neue Krankheit auswählen, müssen Sie nicht bei Null anfangen“, sagt er. Dies trägt dazu bei, sowohl die Entwicklungszeit als auch die Kosten zu reduzieren.

Erste klinische Studien mit CRISPR-basierten Therapien, sowohl in vivo als auch ex vivo, laufen derzeit auch für chronische Harnwegsinfektionen (Locus Biosciences), HIV (Excision Biotherapeutics) und mehrere Krebsarten, am häufigsten Leukämie und Lymphome, bei denen CRISPR eingesetzt wird Erstellen Sie gesunde, von Spendern stammende, allogene „Standard“-CAR-T-Zellen. Zu den Unternehmen mit CRISPR-Krebsbehandlungen in Phase-I-Studien gehören CRISPR Therapeutics (Leukämie und Lymphome) und Caribou Biosciences (Non-Hodgkin-Lymphome) sowie das britische Great Ormond Street Hospital, das eine kleine Phase-I-Studie mit CD19-Zielzellen bei Kindern durchführt B-Zell-Leukämien.

Die Gen-Editing-Landschaft verändert sich schnell, nicht nur mit der Anzahl der Wirkstoffe, die in klinische Studien gelangen, sondern auch im Hinblick auf die verwendete Technologie.

„Was auch immer wir jetzt verwenden, ist möglicherweise nicht das, was wir in fünf oder zehn Jahren verwenden. Es geht weiter“, sagt Waseem Qasim, Professor für Zell- und Gentherapie am UCL Great Ormond Street Institute of Child Health in London.

Die Basisbearbeitung ist ein Beispiel dafür, wie es weitergeht. Die von Lius Labor in Harvard entwickelte Basenbearbeitung ermöglicht eine präzisere Genkorrektur als herkömmliche CRISPR.9-Baseneditoren installieren oder korrigieren die vier häufigsten Arten von Punktmutationen an gezielten DNA-Stellen, ohne dass Doppelstrangbrüche oder Spender-DNA-Vorlagen erforderlich sind.

Bei CRISPR-Therapien „beschränkten sich klinische Studien bisher meist auf Krankheiten wie SCD oder ATTR, bei denen eine Genstörung oder -löschung therapeutisch sein kann, und nicht auf die viel größeren Indikationen, die durch eine präzise Genkorrektur behandelt werden könnten“, sagt Liu.

Qasims Labor war das erste, das über Phase-I-Ergebnisse einer klinischen Base-Editing-Studie berichtete, und die Ergebnisse erregten große Aufmerksamkeit in den Medien. Das Forschungsteam nutzte die Technologie, um multiplex-editierte CAR-T-Zellen für rezidivierte/refraktäre akute lymphoblastische T-Zell-Leukämie (T-ALL) bei Kindern zu erstellen.10 Der erste Patient wurde im Mai 2022 behandelt. Die Knochenmarksuntersuchung nach 28 Tagen zeigte eine morphologische Remission. und bis heute bleibt der Krebs unentdeckt. Zwei weitere Patienten wurden ebenfalls behandelt, wobei die Forscher hoffen, insgesamt zehn zu rekrutieren. Qasim sagt, dass derzeit eine Veröffentlichung mit ersten klinischen Erkenntnissen geprüft wird.

Derzeit laufen drei weitere Phase-I-Studien mit Base-Editing-Kandidaten: VERVE-101, BEAM-101 und BRL-103 von BioRay Laboratories, die auf familiäre Herzerkrankungen, SCD/TDT bzw. TDT abzielen. Bei einem anderen, BEAM-201, handelt es sich um eine multiplexierte, bearbeitete CAR-T-Zelltherapie für ALL und akute myeloische Leukämie, die die IND-Aktivierungsphase überstanden hat, und zwei befinden sich in der IND-Aktivierungsphase für Glykogenspeicherkrankheit und Alpha-1-Antitrypsin-Mangel (BEAM-301 und BEAM). -302).

Um eine präzise Genbearbeitung über die Mutation hinaus zu ermöglichen, die durch Basenbearbeitung installiert werden kann, haben Liu und sein Team auch die Prime-Editierung entwickelt, bei der geknickte Ziel-DNA verwendet wird, um die reverse Transkription einer editierten Sequenz zu initialisieren, die in einer Prime-Editing-Guide-RNA (pegRNA) kodiert ist. Diese pegRNA gibt nicht nur die Zielstelle für die Bearbeitung an, sondern kodiert auch die Bearbeitung.

Liu sagt, dass Prime-Editoren eine äußerst vielseitige und präzise Genbearbeitung ermöglichen, die alle 12 möglichen Arten von DNA-Substitutionen sowie präzise gezielte Deletionen und Insertionen durchführen kann, ohne dass Doppelstrangbrüche oder Spender-DNA-Vorlagen erforderlich sind. Sein Labor untersucht derzeit, ob Prime Editing zur Korrektur der Grundursache von Trinukleotid-Wiederholungsstörungen wie der Huntington-Krankheit und der Friedreich-Ataxie eingesetzt werden könnte.

Obwohl es inzwischen mehrere klinische Studien gibt, die Erfolge bei der Genbearbeitung belegen, haben andere noch nicht das erreicht, was sie sich vorgenommen hatten. Die klinische Studie CRD-TMH-001 wurde beispielsweise von der biotechnologischen Non-Profit-Organisation Cure Rare Disease (CRD) initiiert, um eine einzelne Person – den Bruder des CRD-Gründers – mit Muskeldystrophie zu behandeln. Der Teilnehmer, Terry Horgan, starb einige Zeit nach der Verabreichung der Behandlung, und das Unternehmen gab kürzlich bekannt, dass sein Tod wahrscheinlich auf eine unerwünschte Reaktion auf den viralen Vektor zurückzuführen sei, der zur Verabreichung des experimentellen Therapeutikums verwendet wurde. Reaktionen auf virale Vektoren sind eine häufige Komplikation, und viele Unternehmen forschen derzeit an neueren Vektoren wie LNPs, um Behandlungen in vivo durchzuführen.

Trotz einiger klinischer Erfolge mit EDIT-101, einem Mittel zur Behandlung von Blindheit aufgrund der Leberschen kongenitalen Amaurose 10, beschloss Editas, die klinische Entwicklung der Behandlung zu stoppen, da die klinische Population so klein ist. Es könne in Zukunft mit einem geeigneten Partner wieder aufgenommen werden, teilte das Unternehmen mit. Ein weiterer Rückschlag war, dass Graphite Bio die Entwicklung seines Hauptprogramms, der SCD-Gentherapie Nulabeglogene Autogedtemcel (Nula-Cel), einstellte, nachdem ein schweres unerwünschtes Ereignis (Panzytopenie) aufgetreten war, das wahrscheinlich mit der Behandlung zusammenhängt.

Bei genetisch bedingten Erkrankungen kommt es häufig zu kleinen klinischen Populationen, und die Kosten und der Zeitaufwand für die Entwicklung von Behandlungen für jeden dieser Patienten können unerschwinglich sein. Um dieses Problem anzugehen, arbeiten Wissenschaftler am IGI daran, den Zugang zu Behandlungen zu verbessern, indem sie ein entbehrliches Gen auf Chromosom 19 in Kombination mit Genombearbeitung als genomischen sicheren Hafen nutzen, in den sie ein korrigierendes Transgen für einzelne rezessive Krankheiten „einstecken und einspielen“ können , erklärte Fyodor Urnov, Professor für Molekular- und Zellbiologie an der University of California, Berkeley und Direktor für Technologie und Übersetzung am IGI, auf dem Human Genome Editing Summit.

Die Idee ist, dass „das mutierte Gen immer noch da ist, aber die Krankheit rezessiv ist und eine gesunde Stammzelle zurücklässt, die dem Patienten wieder transplantiert werden kann“, sagte er. Diese Plattformmethode könnte auch den Übergang von der Entwicklung einer Behandlung für eine mutierte Krankheit zu einer anderen zu einem Bruchteil der Kosten aktueller Behandlungen ermöglichen, da lediglich ein einzelner Strang einer DNA-Vorlage geändert werden muss.

Urnov sagte, das IGI habe sich zum Ziel gesetzt, diese Methode innerhalb von drei Jahren in der Klinik zu haben und dann innerhalb von sechs Monaten zur nächsten Indikation überzugehen. Ziel ist die behördliche Zulassung für 12 bis 16 „n von 1“-Erkrankungen in den nächsten 5 bis 7 Jahren.

Trotz der Hürden, die noch überwunden werden müssen, ist klar, dass die jüngsten und zukünftigen Entwicklungen in der Gen-Editing-Technologie das Leben wirklich verändern könnten.

Liu fasste zusammen, was vor uns liegt: „Ich bin hoffnungsvoll, weil ganz einfach der unermüdliche Einsatz unserer gemeinsamen Anstrengungen zur Verbesserung unseres Zustands und des Zustands unserer Kinder vielleicht das bestimmende Merkmal unserer Spezies ist.“ Gen-Editing-Technologien, so fuhr er fort, „sind die Früchte einer 70 Jahre andauernden Suche nach der Entwicklung einer der grundlegendsten Fähigkeiten der Menschheit: der Fähigkeit, bei der Abfolge unserer Genome mitzureden, sodass wir es nicht mehr sind.“ Wir sind den Rechtschreibfehlern in unserer DNA verpflichtet.

Verweise

Laura Cowen ist eine freiberufliche Medizinjournalistin, die seit über 10 Jahren über Gesundheitsnachrichten berichtet. Ihre Hauptfachgebiete sind Onkologie und Diabetes, aber sie hat auch über Themen geschrieben, die von der Kardiologie bis zur Augenheilkunde reichen, und interessiert sich besonders für Infektionskrankheiten und öffentliche Gesundheit.

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