Anemia falciforme-immagine: a sinistra: la Dr.ssa Zulema Romero Garcia. A destra: immagine al microscopio di un globulo rosso falciforme. | Crediti: National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), National Institutes of Health
Un team guidato dall’UCLA ha descritto come ha trasformato un approccio sperimentale basato su CRISPR per la cura dell‘anemia falciforme in una terapia con cellule staminali ematopoietiche che può essere prodotta su larga scala e con la qualità richiesta per una sperimentazione clinica.
La terapia utilizza la tecnica di editing genetico CRISPR-Cas9 per correggere la singola mutazione puntiforme responsabile dell’anemia falciforme nelle cellule staminali emopoietiche del paziente. Negli studi preclinici, i ricercatori hanno messo a punto un processo di produzione riproducibile e dimostrato che i globuli rossi differenziati in vitro a partire da cellule staminali modificate, producevano meno emoglobina falciforme rispetto a quelli coltivati a partire da cellule non modificate. Hanno inoltre scoperto che la percentuale di copie geniche corrette non diminuiva significativamente dopo il trapianto delle cellule umane modificate nei topi e il loro attecchimento per 16 settimane
L’anemia falciforme è una malattia genetica del sangue causata da una mutazione nel gene della beta-globina, responsabile della produzione di una delle due catene proteiche che compongono l’emoglobina, la proteina presente nei globuli rossi che trasporta l’ossigeno. La mutazione fa sì che i globuli rossi diventino rigidi e assumano una forma a falce, causando ostruzione del flusso sanguigno, anemia, dolore intenso, insufficienza d’organo e una ridotta aspettativa di vita. Negli Stati Uniti, l’anemia falciforme colpisce in modo sproporzionato gli afroamericani, verificandosi in circa 1 neonato su 365 di origine africana o nera.
La Food and Drug Administration statunitense ha approvato due terapie geniche per l’anemia falciforme: una utilizza un vettore virale per aggiungere una versione modificata e anti-falciforme del gene della beta-globina alle cellule staminali del paziente; l’altra utilizza CRISPR per aumentare la produzione di emoglobina fetale, che aiuta a prevenire la deformazione a falce dei globuli rossi. La terapia sperimentale, invece, utilizza CRISPR-Cas9 per correggere direttamente la mutazione responsabile dell’anemia falciforme nelle cellule staminali ematopoietiche del paziente, utilizzando un modello di DNA non virale per guidare la correzione.
Il passaggio della terapia dal laboratorio di ricerca alla clinica ha richiesto un drastico aumento della scala del processo. Gli esperimenti di laboratorio possono coinvolgere alcune centinaia di migliaia di cellule, ma la produzione di una terapia per un singolo paziente richiede la lavorazione e la modifica di centinaia di milioni di cellule. I ricercatori hanno sviluppato un processo di produzione in cui le cellule staminali ematopoietiche prelevate dal sangue vengono mantenute in coltura per due giorni, quindi esposte a impulsi elettrici che aprono pori temporanei nelle cellule, consentendo l’ingresso di CRISPR-Cas9 e di un breve filamento di DNA correttivo.
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Il team ha completato sette cicli di produzione, quattro dei quali su scala clinica completa, utilizzando cellule provenienti da persone affette da anemia falciforme e da donatori sani. Tutti i cicli di produzione su larga scala hanno soddisfatto i requisiti di qualità stabiliti, producendo prodotti cellulari con elevata purezza e vitalità delle cellule staminali e con una correzione efficace della mutazione responsabile dell’anemia falciforme. Quando le cellule modificate sono state coltivate in laboratorio per ottenere globuli rossi, hanno prodotto una quantità significativamente inferiore di emoglobina falciforme e livelli aumentati di emoglobina sana, sia adulta che fetale.
Ulteriori studi sui topi hanno dimostrato che le cellule umane modificate si sono innestate con successo e che la proporzione di copie geniche corrette è rimasta stabile per 16 settimane. Non è stata inoltre riscontrata alcuna tossicità significativa correlata al trattamento né evidenza di alterazioni tissutali anomale, a supporto della sicurezza preclinica del prodotto cellulare e del suo avanzamento verso la sperimentazione clinica.
Se un numero sufficiente di cellule staminali emopoietiche corrette e a lunga durata riuscisse ad attecchire, la terapia potrebbe offrire un trattamento unico con il potenziale di curare l’anemia falciforme, consentendo a queste cellule staminali corrette di produrre continuamente globuli rossi contenenti emoglobina adulta normale. Il processo di produzione è stato implementato presso l’UCLA per produrre prodotti cellulari per due partecipanti alla sperimentazione clinica di fase 1 in corso, guidata dal Dr. Mark Walters presso l’UCSF Benioff Children’s Hospital di Oakland. Questa sperimentazione valuterà la sicurezza e l’efficacia del trattamento, compresa la persistenza delle cellule corrette nei pazienti, nel tempo. Questo approccio potrebbe anche fornire un quadro di riferimento per il trasferimento di altre terapie di editing genetico per le malattie ematologiche ereditarie dal laboratorio alla clinica.