L'edició genètica personalitzada

Patient-Specific In Vivo Gene Editing to Treat a Rare Genetic Disease

Aquest article, titulat "Patient-Specific In Vivo Gene Editing to Treat a Rare Genetic Disease", descriu el desenvolupament i l'administració d'una teràpia d'edició de bases personalitzada per a un neonat amb deficiència severa de carbamoil-fosfat sintetasa 1 (CPS1).

Aquí teniu un resum detallat de l'article:

1. Context i malaltia

• La deficiència de carbamoil-fosfat sintetasa 1 (CPS1) és un trastorn metabòlic ultrarar, que afecta 1 de cada 1.300.000 persones, i es manifesta com un error innat del metabolisme que afecta el cicle de la urea.
• Té una mortalitat estimada del 50% en la primera infància.
• Els símptomes de la deficiència de CPS1, com letargia i dificultat respiratòria, van aparèixer en el pacient (un neonat masculí) dins de les primeres 48 hores de vida.
• Les anàlisis de sang van revelar nivells d'amoni superiors a 1000 μmol per litre (el rang de referència és de 9 a 33 μmol per litre).
• L'anàlisi genètica ràpida va identificar dues variants truncants de CPS1: c.1003C→T (Q335X, a l'al·lel patern) i c.2140G→T (E714X, a l'al·lel matern). La variant Q335X s'ha reportat en un cas de deficiència de CPS1 d'aparició neonatal.
• El trasplantament de fetge proporciona un cicle de la urea funcional i millora els resultats. No obstant això, les crisis d'hiperamonèmia i la lesió neurològica irreversible sovint ocorren en nadons abans que siguin prou grans per sotmetre's a un trasplantament. A causa de la gravetat de la seva malaltia, el pacient va ser inclòs en la llista per a un trasplantament de fetge als 5 mesos d'edat.
• El pacient va ser tractat inicialment amb teràpia de reemplaçament renal contínua, medicació eliminadora de nitrogen (fenilbutirat de glicerol), suplementació de citrulina i una dieta restringida en proteïnes. Malgrat això, el seu estat bioquímic va empitjorar, requerint una major restricció de proteïnes i un augment de la dosi de medicació.

2. La Tecnologia d'Edició de Gens i la Teràpia "k-abe"

• La tecnologia d'edició de gens programable basada en CRISPR-Cas9 ha evolucionat cap a enfocaments terapèutics.
• L'edició de bases ("base editing") és una tecnologia CRISPR-Cas9 precisa i correctiva que pot realitzar canvis de citosina a timina (edició de bases de citosina) o d'adenina a guanina (edició de bases d'adenina). Aquesta i l'edició prime ("prime editing") tenen el potencial d'abordar més del 90% de les variants patògenes en malalties genètiques.
• Els autors van desenvolupar un flux de treball per al desenvolupament ràpid de teràpies d'edició genètica correctives i personalitzades per a pacients amb variants ultrarres o úniques ("N-of-1").
• La teràpia en qüestió, anomenada kayjayguran abengcemeran (o k-abe), és una teràpia d'edició de bases que es lliura in vivo als hepatòcits mitjançant nanopartícules lipídiques.
• El gRNA utilitzat es va anomenar "kayjayguran", l'mRNA que codifica l'editor de bases d'adenina (ABE) es va anomenar "abengcemeran", i la teràpia es va abreujar com a "k-abe".
• Es va seleccionar un ABE amb preferència pels motius protospacer-adjacents NGC, anomenat NGC-ABE8e-V106W, i un gRNA que es va trobar com l'enfocament d'edició de bases més eficient i precís per a la variant Q335X.

3. Desenvolupament Ràpid i Estudis Preclínics

• El procés de desenvolupament de l'editor de gens específic per al pacient es va completar 2 mesos després del naixement del pacient.
• Després del diagnòstic genètic del pacient, immediatament es va començar a generar models de ratolí per avaluar l'eficiència d'edició in vivo de k-abe.
• Es va crear un model de ratolí (Rosa26-Q335X mice) on es va inserir una seqüència genòmica humana amb la variant Q335X. Un estudi limitat de dosi-resposta en aquests ratolins va mostrar fins a un 42% d'edició correctiva en tot el fetge amb la dosi més baixa (0,1 mg per quilogram).
• També es va realitzar un estudi de seguretat limitat en micos cinomòlgics (un primat no humà) per caracteritzar la toxicitat d'una dosi única de la teràpia amb nanopartícules lipídiques. No es van observar signes clínics d'efectes tòxics i es van registrar elevacions transitòries d'alanina aminotransferasa i aspartat aminotransferasa, consistents amb estudis previs. Els resultats van donar suport a una dosi de 0,1 mg per quilogram com a dosi clínica inicial potencialment segura per al pacient.
• Es van dur a terme anàlisis d'edició off-target utilitzant el genoma del pare del pacient i cèl·lules hepàtiques humanes primàries. Es va observar un baix nivell d'edició off-target en un lloc intrònic a l'ATP7B en les cèl·lules HuH-7, però no en les cèl·lules hepàtiques humanes primàries, i no es va considerar que representés un risc biològic.

4. Aprovació Regulatòria i Administració Clínica

• Es va presentar una sol·licitud d'Investigational New Drug (IND) d'accés ampliat per a un sol pacient a la FDA quan el pacient tenia 6 mesos d'edat, la qual va ser aprovada una setmana després.
• El protocol clínic va ser revisat pel comitè d'ètica de Children's Hospital of Philadelphia (CHOP). Els pares del pacient van proporcionar el consentiment informat per escrit.
• El pacient va rebre dues infusions intravenoses de k-abe:
  • La primera dosi (0,1 mg per quilogram) es va administrar al voltant dels 7 mesos d'edat (dia 208 després del naixement).
  • La segona dosi (0,3 mg per quilogram) es va administrar 22 dies després de la primera infusió.
• Es va iniciar una immunosupressió profilàctica amb sirolimus i tacrolimus abans del tractament.

5. Resultats Clínics

• En les 7 setmanes posteriors a la infusió inicial, el pacient va poder augmentar la quantitat de proteïna dietètica i va reduir la dosi de medicació eliminadora de nitrogen a la meitat de la dosi inicial (de 10.1 a 5.0 ml per metre quadrat per dia).
• No es van produir esdeveniments adversos inacceptables. Es van observar elevacions transitòries dels nivells d'alanina aminotransferasa i aspartat aminotransferasa uns dies després de la segona infusió, i van recurrir unes setmanes més tard durant el curs d'una malaltia viral.
• El pacient es va recuperar de dues infeccions virals (gastroenteritis i una nova infecció per rinovirus o enterovirus) amb vòmits i diarrea sense que es produïssin crisis d'hiperamonèmia, i va poder continuar amb la seva dieta de proteïnes completa, a diferència d'una infecció prèvia al tractament. Això suggereix una millora en la tolerància a l'estrès metabòlic.
• Els nivells mitjans d'amoni en sang van mostrar una reducció relacionada amb el tractament. Els nivells abans de la primera dosi eren de 23 μmol/litre, entre les dosis de 9 μmol/litre, i després de la segona dosi de 13 μmol/litre.
• Els nivells d'àcid oròtic urinari, que sovint són baixos en pacients amb deficiència de CPS1, van augmentar després de les dues dosis de k-abe, sovint situant-se a l'extrem superior o per sobre del rang normal, suggerint una millora en l'activitat del cicle de la urea.
• El pacient va guanyar pes (del percentil 9 al 26) i el seu estat neurològic es va mantenir estable durant el període de seguiment de 7 setmanes.

6. Limitacions i Consideracions Futures

• Una limitació de l'estudi és el curt període de seguiment. Cal un seguiment més llarg per avaluar la seguretat i l'eficàcia a llarg termini de k-abe i la salut neurològica del pacient.
• La biòpsia hepàtica per avaluar l'edició correctiva de CPS1 es va ajornar a causa del risc inacceptable per al nadó.
• El potencial d'edició de la línia germinal amb k-abe no es va poder avaluar.
• Un avantatge de les teràpies amb nanopartícules lipídiques és el potencial de readministració, la qual cosa està contraindicada amb les teràpies lliurades per virus adenoassociats. En principi, el pacient podria rebre dosis addicionals i més altes de k-abe en el futur si fos necessari.
• Es creu que teràpies similars a k-abe podrien desenvolupar-se per a centenars d'errors innats del metabolisme hepàtics.
• Els autors anticipen que el desplegament ràpid de teràpies d'edició genètica específiques per a cada pacient es convertirà en rutinari per a moltes malalties genètiques, i que els estudis en animals podrien no ser necessaris per a futurs tractaments personalitzats, sent suficients els estudis basats en cèl·lules.