CRISPR-geeninmuokkaus on lupaava keino harvinaisen sokeuden muodon hoitamiseksi

Verkkokalvon rappeuma voi olla perinnöllinen tai hankittu. Ensimmäisessä tapauksessa se on parantumaton ja etenevä sairaus. New England Journal of Medicine -lehdessä julkaistussa äskettäisessä tutkimuksessa tarkasteltiin geenimuokkauksen mahdollista käyttöä synnynnäisen verkkokalvon rappeuman, CEP290:n, korjaamiseksi. CEP290 aiheuttaa ennenaikaista näönmenetystä.

Perinnölliset verkkokalvon rappeumat johtuvat patogeenisistä mutaatioista yli 280 geenissä. Nämä mutaatiot aiheuttavat verkkokalvon valoreseptorien (valoherkkien sauvojen ja tappisolujen) toimintahäiriöitä ja kuoleman, mikä johtaa näön menetykseen sairastuneilla henkilöillä. Nämä sairaudet ovat maailmanlaajuisesti johtava sokeuden syy.

CEP290-geenin aiheuttamassa verkkokalvon rappeutumisessa eli Leberin amauroosissa mutatoitunut sentrosomiproteiini 290 (CEP290) aiheuttaa osittaisen tai täydellisen sokeuden ensimmäisten kymmenen elinvuoden aikana. Se on siksi yleisin verkkokalvovauriosta johtuvan geneettisen sokeuden syy lapsilla.

Yksi geneettinen variantti, p.Cys998X, selittää yli kolme neljäsosaa sairauden tapauksista pelkästään Yhdysvalloissa. CEP290:n normaali toiminta estyy, kun transkription aikana lisätään yksi koodaava segmentti. Tämän molekyylin puutos häiritsee sädekehän normaalia toimintaa fotoreseptoreihin.

Tällä hetkellä ei ole parannuskeinoa. Tukihoitoon kuuluu suurennuslasien ja pistekirjoituksen käyttö sekä kodin muutokset turvallisen ympäristön luomiseksi näkövammaisille.

Kudoksetasolla sauva- ja tappisolut menevät epäjärjestyksessä verkkokalvon ulkosegmenteissä aistinvaraisten värekarvojen puuttumisen vuoksi. Keskiperifeerisen verkkokalvon sauvasolut kuolevat, kun taas tappisolut säilyvät makulassa, verkkokalvon keskipisteessä.

Näille potilaille on tyypillistä verkkokalvon rakenteen ja toiminnan välinen yhteydet. Näköradan proksimaaliset komponentit pysyvät ehjinä, mikä viittaa siihen, että näiden silmien valoreseptoreita voidaan käyttää näön palauttamiseen. Tutkittavia lähestymistapoja ovat mm. oligonukleotidien käyttö lisätyn eksonin ilmentymisen estämiseksi tai CEP290-geenin pienoisversion toimittaminen soluun.

Uusin teknologia hyödyntää geenimuokkausta EDIT-101-injektiolla. Se perustuu klusteroitujen, säännöllisesti vuorovälillä olevien lyhyiden palindromisten toistojen (CRISPR) järjestelmän ja CRISPR-associated protein 9 (Cas9) -proteiinin käyttöön patogeenisen IVS26-variantin eliminoimiseksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia tämän hoidon turvallisuutta ja tehokkuutta.

Tutkijat päättivät tehdä avoimen tutkimuksen, jossa osallistujille annettiin lääkettä kerta-annoksina nousevassa järjestyksessä. Tässä vaiheen 1-2 tutkimuksessa pyrittiin arvioimaan lääkkeen turvallisuutta ja samalla arvioitiin myös toissijaisia tehokkuustuloksia.

Turvallisuuspäätetapahtumiin kuuluivat haittavaikutukset ja hyväksymätön toksisuus, jotka estivät kiinnostuksen kohteena olevan annoksen käytön. Tehoa mitattiin useilla eri tavoilla, mukaan lukien korjattu näöntarkkuus, verkkokalvon herkkyys, näköön liittyvä elämänlaadun arviointi ja näkönavigoinnin liikkuvuustestaus.

EDIT-101-geeni injektoitiin kahdelletoista aikuiselle ja kahdelle lapselle. Aikuiset olivat iältään 17–63-vuotiaita, kun taas lapset olivat yhdeksän- ja neljäntoistavuotiaita. Kaikilla oli vähintään yksi kopio IV26-varianttia.

Annokset vaihtelivat 6 × 10^11 vektorigenomista/ml 3 × 10^12 vektorigenomiin/ml. Kaksi, viisi ja viisi aikuista saivat vastaavasti matalan, keskisuuren ja korkean annoksen. Lapset saivat keskisuuren annoksen.

Kaikki injektiot annettiin huonoimmin toimivaan silmään eli tutkimussilmään.

Mitä tutkimus osoitti? Useimmilla osallistujilla oli vaikea näöntarkkuuden heikkeneminen alle 1,6 logMAR:n. Näöntarkkuutta voitiin testata vain Berkeleyn surkastumistestillä. Spektriherkkyys parani vähintään 3 log-yksikköä, eikä sauvasolujen toimintaa voitu havaita kenelläkään osallistujalla.

Valoreseptorikerroksen paksuus oli kuitenkin useimmilla potilailla odotetusti normaalirajoissa.

Useimmat sivuvaikutukset olivat lieviä, noin viidennes oli kohtalaisia ja vain noin 40 % liittyi hoitoon. Vakavia hoitoon liittyviä haittatapahtumia eikä annosta rajoittavia toksisuuksia ollut. Verkkokalvon rakenteessa ei havaittu haittavaikutuksia, mikä osoittaa lääkkeen hyväksyttävän turvallisuuden.

Tehokkuuden osalta alustava tutkimus osoitti merkittäviä parannuksia tappinäössä lähtötasosta kuudella potilaalla. Näistä viidellä havaittiin parannusta ainakin yhdellä muulla alueella.

Yhdeksällä potilaalla eli lähes kahdella kolmesta koko ryhmässä havaittiin parannusta ainakin yhdessä seuraavista osa-alueista (paras korjattu näöntarkkuus, punavaloherkkyys tai näköön perustuva liikkuvuus). Lähes 80 prosentilla oli parannusta ainakin yhdessä toimintakykymittarissa ja kuudella parannusta kahdessa tai useammassa mittarissa.

Neljällä havaittiin 0,3 logMAR:n parannus parhaassa korjatussa näöntarkkuudessa, mikä täytti kliinisesti merkittävän parannuksen kriteerit. Näistä kolme raportoi paranemista jo kolme kuukautta injektion jälkeen. Tämän parametrin keskimääräinen muutos koko ryhmässä oli -0,21 logMAR.

Lähes puolella ryhmästä (6/14) tappien herkkyys eri taajuuksilla – punaiselle, valkoiselle ja siniselle – valolle osoitti visuaalisesti merkitsevää lisääntymistä tutkimussilmässä verrattuna kontrollisilmään, joillakin jo kolmen kuukauden kuluttua. Kaikki saivat keskisuuria ja suuria annoksia. Kahdella havaittiin >1 logMAR:n parannus, joka on suurin mahdollinen arvo pelkille tapeille.

Tappivälitteinen herkkyys oli suurin potilailla, joilla oli lähtötilanteessa vakavimmin heikentynyt toiminta. Lähes kaikilla potilailla, joilla tappitoiminta parani, havaittiin paranemista myös yhdessä tai useammassa muussa mittarissa.

Neljä osallistujaa osoitti visuaalisesti merkittävää parannusta kyvyssään navigoida monimutkaisempia polkuja lähtötasoon verrattuna, ja yksi heistä jatkoi tätä parannusta vähintään kahden vuoden ajan.

Kuusi osallistujaa koki kliinisesti merkittävää näköön liittyvien elämänlaatupisteiden paranemista.

"Nämä tulokset vahvistavat EDIT-101:n aikaansaaman tuottavan geenimuokkauksen in vivo, CEP290-proteiinin ilmentymisen terapeuttiset tasot ja parantuneen kartiofotoreseptorien toiminnan."

Tämä pieni tutkimus osoitti korkean turvallisuusprofiilin ja parantuneen fotoreseptorien toiminnan sen jälkeen, kun osallistujille annettiin EDIT-101:tä. Nämä tulokset "tukevat CRISPR-Cas9-geeninmuokkauksen jatkotutkimuksia in vivo IVS26 CEP290 -variantin ja muiden geneettisten syiden aiheuttamien perinnöllisten verkkokalvon rappeumien hoidossa".

Lisätutkimusten arvoisia alueita ovat havainto, että parantunut täppien toiminta hoidon jälkeen ei ole sama kuin parantunut näöntarkkuus, mikä on kliinisesti merkittävä mittari. Toiseksi, aikaisempi interventio voi tuottaa parempia tuloksia. Lopuksi, hoidon kohdistaminen molempiin geenin kopioihin voi johtaa suurempaan terapeuttiseen hyötyyn.