I ricercatori sviluppano un modello di editing genetico basato su RNA “in vivo” per le malattie del sangue

“In questo momento, se si vogliono curare malattie ematologiche come l’anemia falciforme e la beta talassemia con la terapia genica, i pazienti devono ricevere trattamenti di condizionamento come la chemioterapia per fare spazio alle nuove cellule del sangue corrette, che è costoso e comporta dei rischi”. ha affermato il co-autore senior Stefano Rivella, PhD, presidente Kwame Ohene-Frempong sull’anemia falciforme e professore di pediatria al Children’s Hospital di Philadelphia. “Nel nostro documento, abbiamo dimostrato che è possibile sostituire le cellule del sangue malate con quelle corrette direttamente all’interno del corpo in una terapia ‘one-and-done’, eliminando la necessità di trattamenti di condizionamento mieloablativi e semplificando la consegna di questi potenzialmente vita – cambiare i trattamenti. Questo è un grande passo avanti nel modo in cui pensiamo al trattamento delle malattie genetiche e potrebbe ampliare l’accesso alle terapie geniche ai pazienti che ne hanno più bisogno”.

“La consegna mirata di terapie codificate da mRNA a specifici tessuti e tipi di cellule avrà un impatto immenso sul modo in cui le malattie saranno trattate con gli acidi nucleici in futuro”, ha affermato l’autore senior Hamideh Parhiz, PharmD, PhD, ricercatore assistente professore di Infectious Malattie a Penn. “Nel nostro studio, stiamo fornendo una nanoparticella lipidica mirata specifica per cellula che incapsula terapie/editor di mRNA come tecnologia di piattaforma che può essere utilizzata per in vivo riprogrammazione cellulare in molte malattie che necessitano di una modalità di terapia genica mirata con precisione. Qui, abbiamo combinato la piattaforma mirata con i progressi nella terapia dell’mRNA e gli strumenti di editing genomico basati sull’RNA per fornire un nuovo modo di controllare il destino delle cellule staminali ematopoietiche e correggere i difetti genetici. Una metodologia di modifica genomica codificata con mRNA mirata potrebbe portare a un’espressione controllata, un’elevata efficacia di modifica e potenzialmente più sicura in vivo modifica genomica rispetto alle tecnologie attualmente disponibili.”

Le cellule staminali ematopoietiche (HSC) risiedono nel midollo osseo, dove si dividono per tutta la vita per produrre tutte le cellule all’interno del sangue e del sistema immunitario. Nei pazienti con disturbi ematopoietici non maligni come l’anemia falciforme e i disturbi da immunodeficienza, queste cellule del sangue non funzionano correttamente perché portano una mutazione genetica.

Per questi pazienti, ci sono attualmente due strade per trattamenti potenzialmente curativi, che prevedono entrambi un trapianto di midollo osseo: un trapianto di cellule staminali con CSE da un donatore sano o una terapia genica in cui le CSE del paziente vengono modificate al di fuori del corpo e trapiantato di nuovo in (spesso indicato come ex vivo terapia genetica). Il primo approccio comporta il rischio di malattia del trapianto contro l’ospite, dato che le CSE provengono da un donatore ed entrambi i processi comportano un regime di condizionamento di chemioterapia o radiazioni per eliminare le CSE malate del paziente e prepararle a ricevere le nuove cellule. Queste procedure di condizionamento comportano significativi effetti collaterali tossici, sottolineando la necessità di studiare approcci meno tossici.

Un’opzione che eliminerebbe la necessità dei metodi di cui sopra sarebbe in vivo modifica genetica, in cui gli strumenti di modifica genetica vengono infusi direttamente nel paziente, consentendo di modificare e correggere le HSC senza la necessità di regimi di condizionamento.

Per convalidare questo approccio, un gruppo di ricerca guidato da Laura Breda, PhD, e Michael P. Triebwasser, MD, PhD presso CHOP (attualmente presso l’Università del Michigan), Tyler E. Papp, BS presso Penn, e Drew Weissman, MD, PhD, Roberts Family Professor in Vaccine Research, direttore del Penn Institute for RNA Innovation e pioniere della ricerca sui vaccini mRNA, ha utilizzato le nanoparticelle liquide (LNP) per fornire strumenti di editing genetico dell’mRNA. Gli LNP sono altamente efficaci nel confezionamento e nella consegna dell’mRNA alle cellule e sono stati ampiamente utilizzati nel 2020, grazie alla piattaforma LNP-mRNA per due dei principali vaccini COVID-19.

Tuttavia, nel caso dei vaccini COVID-19, il costrutto LNP-mRNA non ha preso di mira cellule o organi specifici all’interno del corpo. Dato che i ricercatori volevano colpire specificamente le HSC, hanno decorato la superficie dei loro LNP sperimentali con anticorpi che avrebbero riconosciuto il CD117, un recettore sulla superficie delle HSC. Hanno quindi perseguito tre approcci per testare l’efficacia della loro formulazione CD117/LNP.

In primo luogo, i ricercatori hanno testato l’mRNA del reporter incapsulante CD117/LNP per dimostrarne il successo in vivo Espressione dell’mRNA e editing genico.

Successivamente, i ricercatori hanno studiato se questo approccio potesse essere utilizzato come terapia per la malattia ematologica. Hanno testato l’mRNA incapsulante CD117/LNP che codifica un editor di geni cas9 mirato alla mutazione che causa l’anemia falciforme. Questo tipo di editing genetico converte la mutazione dell’emoglobina che causa la malattia in una variante non causa di malattia. Testando il loro costrutto su cellule di donatori con anemia falciforme, i ricercatori hanno dimostrato che il CD117/LNP ha facilitato l’editing efficiente della base in vitro, portando a un corrispondente aumento dell’emoglobina funzionale fino al 91,7%. Hanno anche dimostrato una quasi completa assenza di cellule falciformi, le cellule del sangue a forma di mezzaluna che causano i sintomi della malattia.

Infine, i ricercatori hanno esplorato se gli LNP potessero essere utilizzati per in vivo condizionamento, che consentirebbe l’esaurimento del midollo osseo senza chemioterapia o radiazioni. Per fare ciò, hanno usato CD117/LNP che incapsula l’mRNA per PUMA, una proteina che promuove la morte cellulare. In una serie di in vitro, ex vivoE in vivo esperimenti, i ricercatori lo hanno dimostrato in vivo il targeting con CD117/LNP-PUMA ha effettivamente impoverito l’HSC, consentendo il successo dell’infusione e dell’assorbimento di nuove cellule del midollo osseo, un processo noto come attecchimento, senza bisogno di chemioterapia o radiazioni. I tassi di attecchimento osservati nei modelli animali erano coerenti con quelli segnalati come sufficienti per la cura dell’immunodeficienza combinata grave (SCID) utilizzando cellule del midollo osseo di donatori sani, suggerendo che questa tecnica potrebbe essere utilizzata per le immunodeficienze gravi.

“Questi risultati possono potenzialmente trasformare la terapia genica, non solo consentendo la modifica genica specifica del tipo di cellula in vivocon un rischio minimo, che potrebbe consentire manipolazioni precedentemente impossibili della fisiologia delle cellule staminali del sangue, ma anche fornendo una piattaforma che, se adeguatamente sintonizzata, può correggere molti diversi disturbi monogenici”, ha affermato il dott. Breda, professore assistente di ricerca presso la Divisione di ematologia presso il Children’s Hospital di Filadelfia.”Questi nuovi sistemi di consegna possono aiutare a tradurre la promessa di decenni di ricerca genetica e biomedica concertata per l’ablazione di una vasta gamma di malattie umane”.

Questa ricerca è stata supportata dal National Institutes of Health (NIH sovvenzioni 5T32HL007150 e 5T32HL007622), The Thomas B. e Jeannette E. Laws McCabe Fund presso l’Università della Pennsylvania e WW Smith Charitable Trust Fund.