Een deel van DNA-sequentie-prototypificatie van het volledige genoom van een virus. Via Wikipedia
De onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv waarschuwen: "De CRISPR-genoombewerkingsmethode is zeer effectief, maar niet altijd veilig. Soms herstellen gesplitste chromosomen niet en komt de genomische stabiliteit in gevaar - wat op de lange termijn kanker zou kunnen bevorderen."
Een nieuwe studie van TAU identificeert risico's bij het gebruik van CRISPR-therapieën - een innovatieve, Nobelprijswinnende methode waarbij DNA wordt gesplitst en bewerkt, dat al wordt gebruikt voor de behandeling van aandoeningen zoals kanker, lever- en darmziekten en genetische syndromen. Bij het onderzoeken van de impact van deze technologie op T-cellen - witte bloedcellen van het immuunsysteem, ontdekten de onderzoekers een verlies van genetisch materiaal in een aanzienlijk percentage - tot 10% van de behandelde cellen. Ze leggen uit dat een dergelijk verlies kan leiden tot destabilisatie van het genoom, wat kanker kan veroorzaken.
De studie werd geleid door Dr. Adi Barzel van de School of Neurobiology, Biochemistry and Biophysics aan de Wise Faculty of Life Sciences van TAU en het Dotan Center for Advanced Therapies, een samenwerking tussen het Tel Aviv Sourasky Medical Center (Ichilov) en de Universiteit van Tel Aviv, en door Dr. Asaf Madi en Dr. Uri Ben-David van de Faculteit der Geneeskunde van de TAU en Edmond J. Safra Center for Bioinformatics. De bevindingen zijn gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Nature Biotechnology.
De onderzoekers leggen uit dat CRISPR een baanbrekende technologie is voor het bewerken van DNA - het splitsen van DNA-sequenties op bepaalde locaties om ongewenste segmenten te verwijderen, of afwisselend gunstige segmenten te repareren of in te voegen.
De technologie, die ongeveer tien jaar geleden werd ontwikkeld, is al indrukwekkend effectief gebleken bij de behandeling van een reeks ziekten: kanker, leveraandoeningen, genetische syndromen en meer. De eerste goedgekeurde klinische proef ooit om CRISPR te gebruiken, werd in 2020 uitgevoerd aan de Universiteit van Pennsylvania, toen onderzoekers de methode toepasten op T-cellen - witte bloedcellen van het immuunsysteem. Door T-cellen van een donor te nemen, brachten ze een gemanipuleerde receptor tot expressie die gericht was op kankercellen, terwijl ze CRISPR gebruikten om genen te vernietigen die coderen voor de oorspronkelijke receptor - wat er anders voor zou kunnen zorgen dat de T-cellen cellen in het lichaam van de ontvanger aanvallen.
In de huidige studie probeerden de onderzoekers te onderzoeken of de potentiële voordelen van CRISPR-therapieën zouden kunnen worden gecompenseerd door risico's als gevolg van de splitsing zelf, ervan uitgaande dat gebroken DNA niet altijd kan herstellen.
Dr. Ben-David en zijn onderzoeksmedewerker Eli Reuveni leggen uit: "Het genoom in onze cellen breekt vaak door natuurlijke oorzaken, maar meestal kan het zichzelf herstellen zonder schade aan te richten. Toch kan een bepaald chromosoom soms niet stuiteren rug, en grote delen, of zelfs het hele chromosoom, gaan verloren. Dergelijke chromosomale verstoringen kunnen het genoom destabiliseren, en we zien dit vaak in kankercellen. Dus CRISPR-therapieën, waarbij DNA opzettelijk wordt gesplitst als middel voor de behandeling van kanker, zou, in extreme scenario's, zelfs maligniteiten kunnen bevorderen."
Om de omvang van mogelijke schade te onderzoeken, herhaalden de onderzoekers het Pennsylvania-experiment uit 2020, waarbij het genoom van de T-cellen op precies dezelfde locaties werd gespleten - chromosomen 2, 7 en 14 (van de 23 paren chromosomen van het menselijk genoom). Met behulp van een ultramoderne technologie, single-cell RNA-sequencing genaamd, analyseerden ze elke cel afzonderlijk en maten ze de expressieniveaus van elk chromosoom in elke cel.
Op deze manier werd in sommige cellen een aanzienlijk verlies van genetisch materiaal gedetecteerd. Toen chromosoom 14 bijvoorbeeld was gesplitst, vertoonde ongeveer 5% van de cellen weinig of geen expressie van dit chromosoom. Toen alle chromosomen tegelijkertijd werden gesplitst, nam de schade toe, waarbij 9%, 10% en 3% van de cellen de breuk in respectievelijk chromosomen 14, 7 en 2 niet konden herstellen. De drie chromosomen verschilden wel in de omvang van de schade die ze opliepen.
Dr. Madi en zijn leerling Ella Goldschmidt leggen uit: "Eencellige RNA-sequencing en computationele analyses stelden ons in staat om zeer nauwkeurige resultaten te verkrijgen. We ontdekten dat de oorzaak van het verschil in schade de exacte plaats van de splitsing op elk van de drie chromosomen was Al met al geven onze bevindingen aan dat meer dan 9% van de T-cellen die genetisch zijn bewerkt met de CRISPR-techniek een aanzienlijke hoeveelheid genetisch materiaal had verloren. Een dergelijk verlies kan leiden tot destabilisatie van het genoom, wat kanker zou kunnen bevorderen."
Op basis van hun bevindingen waarschuwen de onderzoekers dat extra voorzichtigheid geboden is bij het gebruik van CRISPR-therapieën. Ze stellen ook alternatieve, minder risicovolle methoden voor specifieke medische procedures voor en bevelen verder onderzoek aan naar twee soorten mogelijke oplossingen: het verminderen van de productie van beschadigde cellen of het identificeren van beschadigde cellen en het verwijderen ervan voordat het materiaal aan de patiënt wordt toegediend.
Dr. Barzel en zijn promovendus Alessio Nahmad concluderen: "Onze bedoeling in deze studie was om licht te werpen op mogelijke risico's bij het gebruik van CRISPR-therapieën. We hebben dit gedaan, hoewel we ons bewust zijn van de substantiële voordelen van de technologie. studies hebben we op CRISPR gebaseerde behandelingen ontwikkeld, waaronder een veelbelovende therapie voor aids. We hebben zelfs twee bedrijven opgericht: de ene gebruikt CRISPR en de andere vermijdt deze technologie bewust. Met andere woorden, we bevorderen deze zeer effectieve technologie, terwijl we tegelijkertijd waarschuwen voor mogelijke gevaren. Dit lijkt misschien een contradictie, maar als wetenschappers zijn we best trots op onze aanpak, omdat we geloven dat dit de essentie van wetenschap is: we 'kiezen geen kant'. We onderzoeken alle aspecten van een vraagstuk, zowel positief als negatief, en zoeken naar antwoorden."
