Genreparatie wordt betrouwbaarder

Onderzoekers van Harvard en MIT (VS) hebben een manier gevonden om pakketjes met daarin de nieuwste gene-editing-technologie heelhuids in muizencellen te krijgen. Zo konden ze een genetisch defect herstellen waardoor de ogen van muizen met aangeboren blindheid „substantieel” reageerden op lichtprikkels. De Amerikanen publiceerden hun resultaten maandag in Nature Biotechnology.

De nieuwe techniek heet prime editing en is een variant van zogeheten crispr-cas9. Deze genetische ‘knip-en-plaktechniek’ werd in 2012 ontdekt en in 2020 bekroond met de Nobelprijs. Met crispr-cas9 kun je heel precies een knip zetten in dna om vervolgens genen te repareren, toe te voegen of uit te schakelen.

Ondanks de grote beloften van deze techniek verloopt de toepassing in de praktijk tot nu toe moeizaam. Pas afgelopen november werd de eerste medische behandeling op basis van crispr-cas9 goedgekeurd, in dit geval van de beruchte sikkelcelziekte. Een van de redenen van die moeizame toepassing is de lage slagingskans. De breuken die het crispr-eiwit in het dna maakt, worden vaak te snel alweer door het lichaam hersteld en er treden relatief vaak foutjes bij op.

Efficiëntere varianten

„De nieuwere varianten van gen-editing zijn wat dat betreft een stuk efficiënter en betrouwbaarder”, vertelt Eva van Rooij, hoogleraar Moleculaire Cardiologie bij het UMC Utrecht. Zij was niet betrokken bij de nieuwe Amerikaanse studie, maar werkt wel zelf met deze nieuwe varianten van gen-editing: prime editing en het verwante base editing. Haar groep onderzoekt hoe je die kunt toepassen als therapie voor genetische hartaandoeningen. „Prime editing en base editing zijn allebei varianten van crispr-cas9”, vertelt ze, „maar hierbij maak je geen complete breuk in het dubbelstrengs dna. Bij base editing corrigeer je maar één base, terwijl je bij prime editing ook complexere en uitgebreidere baseveranderingen kunt doorvoeren.”

Doordat je geen dubbelstrengs breuk maakt, is de kans op fouten kleiner, legt Van Rooij uit. Daarnaast kun je met deze twee technieken nóg specifieker te werk gaan dan met ‘gewone’ crispr-cas9. Bij beide technieken breng je een pakketje met knip-en-plaktechnologie in de gastheercel in. Dat kun je doen door een speciaal daarvoor aangepast virus, veelal een adenovirus, als vehikel te gebruiken. Maar je kunt het ook doen met synthetische deeltjes, zogeheten virus-like-particles. Die lijken erg op virussen, en kunnen daardoor goed een cel binnendringen – maar je kunt ze tot in detail aanpassen aan je behoeften.

„Dat is wat de Amerikanen nu hebben gedaan”, vertelt Van Rooij. „Het zijn dezelfde onderzoekers die in 2019 als eersten in Nature publiceerden over prime editing. En in 2022 lieten ze zien dat je deze virus-like particles kunt gebruiken voor base editing. Nu hebben ze hun deeltjes zo aangepast dat ze ook geschikt zijn voor prime editing. Een uitdaging, want daarvoor moet je een veel groter deeltje in de cel inbrengen.”

Dat deeltje omvat namelijk niet alleen een eiwit dat het specifieke, defecte dna herkent, maar ook een eiwit dat de informatie bevat voor de juiste, gewenste dna-volgorde. „Dat er nu een deeltje is waarmee dat effectief in een cel kan terechtkomen, is een mooie stap voorwaarts.”

De Amerikanen testten hun aanpak in het lab met zenuwcellen van muizen en met menselijke embryonale niercellen. In die eerste cellijn was de prime editing tachtig keer effectiever dan met hun eerder ontwikkelde vehikels; in de menselijke cellijn zelfs 170 keer effectiever.

Vervolgens testten de onderzoekers de nieuwe technologie bij jonge muizen met een genetische oogafwijking. Zij hadden een mutatie in het gen dat codeert voor een eiwit in het netvlies dat belangrijk is voor elektrische signaaloverdracht. Zonder dit eiwit worden jonge muizen slechtziend vanaf een leeftijd van drie weken. Bij mensen leidt zo’n afwijking tot de ziekte van Leber.

Bij vijf weken jonge muizen met deze oogafwijking injecteerden de onderzoekers hun ‘geladen’ virus-like particles net onder het netvlies. Na de behandeling zagen de onderzoekers dat de netvliezen van de muizen „substantieel beter” reageerden op lichtstimulatie.

Bij een andere groep muizen injecteerden de onderzoekers hun deeltjes niet in het oog, maar in het hersenvocht. Dat deden ze om te kijken of hun technologie ook effecten zou hebben buiten het oog. Dat bleek niet zo te zijn: de deeltjes waren – zoals gewenst – alleen netvliescellen binnengedrongen om daar hun werk te doen.

Het positieve effect op het netvlies ligt nog wel een eindje bij ‘zien’ vandaan, merken de onderzoekers op, maar het punt is volgens hen dat zij nu hebben laten zien dat deze technologie goed werkt.