La plupart des thérapies géniques approuvées aujourd’hui, y compris celles utilisant CRISPR-Cas9, exercent leur effet sur les cellules extraites du corps, après quoi les cellules modifiées sont restituées au patient.
Cette technique est idéale pour cibler les cellules sanguines et est actuellement utilisée dans les thérapies géniques CRISPR récemment approuvées pour les maladies du sang telles que la drépanocytose, dans lesquelles des cellules sanguines altérées sont réinjectées aux patients après que leur moelle osseuse a été détruite par la chimiothérapie.
Une nouvelle méthode de livraison ciblée pour CRISPR-Cas9, publiée le 11 janvier dans la revue Biotechnologie naturellepermet aux gènes d’être modifiés sur des sous-ensembles très spécifiques de cellules alors qu’ils sont encore dans le corps – une étape vers une méthode d’administration programmable qui éliminerait le besoin d’effacer la moelle osseuse et le système immunitaire du patient avant de lui donner des cellules sanguines modifiées.
La méthode d’administration, développée dans le laboratoire de Jennifer Doudna, co-inventrice de l’édition du génome CRISPR-Cas9, à l’Université de Californie à Berkeley, consiste à envelopper les protéines d’édition Cas9 et les ARN guides dans une bulle membranaire décorée de morceaux de anticorps monoclonaux qui se concentrent sur des types spécifiques de cellules sanguines.
En guise de démonstration, Jennifer Hamilton, chercheuse CRISPR au laboratoire Doudna de l’Innovative Genomics Institute (IGI), a ciblé une cellule du système immunitaire – un lymphocyte T – qui est le point de départ d’un traitement révolutionnaire contre le cancer appelé récepteur d’antigène chimérique ( CAR) Thérapie cellulaire T. Hamilton et ses collègues ont traité des souris vivantes équipées d’un système immunitaire humanisé et ont transformé leurs cellules T humaines en cellules CAR-T capables d’attaquer et de contrôler une autre classe de cellules immunitaires, que les cellules B éliminent.
Cet exploit est une preuve de principe, a déclaré Hamilton, et montre le potentiel de l’utilisation de cette méthode d’administration – des véhicules d’administration couverts – pour cibler les cellules sanguines et potentiellement d’autres types de cellules chez les animaux vivants (in vivo) et enfin les gens.
“Notre approche implique le multiplexage de molécules cibles, c’est-à-dire deux ou plusieurs molécules cibles sur nos particules qui interagissent avec leur cellule cible, semblable à une porte ET dans un ordinateur”, a déclaré Hamilton, faisant référence à des circuits logiques qui ne fonctionnent que lorsque deux événements se produisent. simultanément. « Nous avons pu obtenir une délivrance plus efficace lorsque les particules étaient liées via deux interactions anticorps-ligand. Après avoir traité des souris avec des vecteurs ciblant les lymphocytes T, nous avons observé une manipulation du génome dans notre type de cellule d’intérêt, les lymphocytes T, plutôt que dans les hépatocytes hépatiques.
Un ciblage très spécifique est difficile avec toute méthode d’introduction de gènes dans les cellules, a-t-elle déclaré. Les cellules hépatiques, en particulier, utilisent souvent des moyens de transport dirigés ailleurs.
Enveloppes virales
Hamilton et son équipe étudient l’une des nombreuses techniques expérimentales permettant d’administrer des thérapies géniques. Beaucoup exploitent l’enveloppe externe des virus encapsulés – les virus sont vidés et remplis de transgènes correcteurs ou d’outils d’édition génétique tels que CRISPR-Cas9. D’autres méthodes, dont une explorée par les chercheurs de l’IGI, reposent sur l’injection directe de protéines Cas9 pénétrant dans les cellules chez des souris pour réaliser l’édition du génome.
Hamilton, dont les travaux de doctorat ont étudié les virus enveloppés tels que la grippe, s’est concentré sur l’évolution de cette classe de virus car ils possèdent une enveloppe externe plus flexible constituée de la membrane externe de la cellule d’où ils ont émergé.
Dans un article de 2021, elle a montré que l’enveloppe externe d’un virus VIH-1, creusée et remplie de Cas9, qu’elle a appelée particule semblable à un virus (VLP), pouvait éditer les cellules T en culture (Ex vivo) et les convertissons en cellules CAR-T. Depuis lors, il a tellement modifié l’enveloppe des virus qu’il les appelle désormais véhicules de livraison enveloppés, ou EDP.
Un aspect important des EDV est que leurs coques externes peuvent être facilement décorées avec plus d’un fragment d’anticorps ou un ligand ciblant, améliorant ainsi considérablement la spécificité du ciblage. D’autres véhicules de délivrance de gènes, tels que les virus adéno-associés et les nanoparticules lipidiques, se sont révélés plus difficiles à cibler.
“Des efforts sont déployés pour cibler tous ces vecteurs afin qu’ils soient spécifiques à un type de cellule et pour les cibler contre la transmission à d’autres types de cellules”, a déclaré Hamilton. « Vous pouvez afficher des anticorps ou des fragments d’anticorps, comme nous l’avons fait, mais l’absorption dans les cellules environnantes reste assez élevée. Vous pouvez cibler l’administration sur un type de cellule, mais vous pouvez toujours observer l’absorption dans les cellules environnantes. Dans notre étude, nous avons en fait examiné l’intérieur du foie pour voir si nous obtenions une livraison non ciblée et nous n’en avons vu aucune. Je pense qu’il serait plus difficile d’y parvenir avec un vecteur viral non enveloppé plus traditionnel ou des nanoparticules lipidiques.
Dans l’article, Hamilton et ses collègues ont tenté de reproduire ce phénomène. in vivo un Ex vivo La thérapie cellulaire CRISPR CAR T utilisée avec succès chez les patients atteints de cancer, ce qui a été rapporté Science en 2020. Cette thérapie a non seulement délivré un transgène pour un récepteur qui cible les cellules cancéreuses, mais a également utilisé CRISPR pour désactiver les récepteurs qui ne ciblaient pas le cancer.
Les chercheurs de l’UC Berkeley ont réussi à éliminer le récepteur natif des lymphocytes T et à délivrer un transgène pour un récepteur qui cible les lymphocytes B – un proxy pour les cellules cancéreuses. Étant donné que la protéine Cas9 a été délivrée avec le transgène au sein du même EDV, sa durée de vie a été plus courte que les méthodes qui délivrent un gène Cas9, ce qui a entraîné moins de modifications hors cible.
“Ce que nous voulons faire dans ce travail”, a déclaré Hamilton, “c’est sauter toute l’étape de manipulation des cellules en dehors du corps. Notre objectif était d’administrer systématiquement un seul vecteur qui permettrait à la fois la délivrance et l’inactivation du gène dans des types de cellules particuliers du corps. Nous avons utilisé cette stratégie de délivrance pour produire des cellules CAR-T modifiées par des gènes in vivodans l’espoir de pouvoir rationaliser le processus complexe de production de cellules CAR-T génétiquement modifiées Ex vivo“.
Doudna et son laboratoire continuent d’améliorer l’efficacité de la livraison informatisée. Hamilton, un ancien boursier postdoctoral du laboratoire de Doudna, développe cette méthode de prestation en tant que boursier du programme Women in Enterprising Science de l’IGI. La raison ultime pour laquelle le laboratoire se concentre sur les vecteurs fonctionnels in vivo est de rendre les thérapies CRISPR plus largement disponibles et moins coûteuses. Dans un article récent du magazine Wired, Doudna a souligné les inégalités des thérapies géniques coûteuses d’aujourd’hui, qui sont dues en partie aux longs séjours à l’hôpital requis lorsqu’un patient subit une greffe de moelle osseuse.
“Le traitement de l’anémie falciforme devrait coûter plus de 2 millions de dollars par patient, et peu d’établissements aux États-Unis ont les capacités technologiques pour le dispenser”, a écrit Doudna, qui a remporté le prix Nobel de chimie 2020 pour sa co-invention du génome CRISPR-Cas9. édition. « Permettre les nouvelles technologies in vivo La fourniture de thérapies d’édition génétique et l’amélioration de la fabrication seront essentielles à la baisse des prix, tout comme les partenariats uniques entre les universités, le gouvernement et l’industrie, avec l’abordabilité comme objectif commun. Il ne suffit pas de fabriquer les outils. Nous devons nous assurer qu’ils parviennent à ceux qui en ont le plus besoin.
Outre Hamilton et Doudna, les autres co-auteurs de l’article du Gladstone Institute sont Evelyn Chen, Barbara Perez, Cindy Sandoval Espinoza, Min Hyung Kang et Marena Trinidad, tous de l’IGI et du Département de biologie moléculaire et cellulaire de l’UC Berkeley, et Wayne Ngo à San Francisco.
Le financement a été fourni par les National Institutes of Health (RM1HG009490, U01AI142817-02, U19 64542, 64340), le Département américain de l’énergie (63645), Emerson Collective et le Howard Hughes Medical Institute. Hamilton a été soutenu par l’Institut national des sciences médicales générales (K99GM143461-01A1) et le Jane Coffin Childs Memorial Fund for Medical Research.