Grâce à CRISPR, nos médecins spécialistes auront bientôt un contrôle sans précédent sur la façon dont ils traitent et préviennent certains de nos troubles et maladies génétiques les plus difficiles. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) est un outil d'édition de gènes lauréat du prix Nobel, déjà largement utilisé par les scientifiques pour couper et modifier des séquences d'ADN afin d'activer et de désactiver des gènes ou d'insérer un nouvel ADN capable de corriger des anomalies. CRISPR utilise une enzyme connue sous le nom de Cas9 pour couper et modifier l'ADN.
Les ingénieurs du département de génie biomédical Alfred E. Mann de l'école d'ingénierie USC Viterbi ont maintenant développé une mise à jour de l'outil qui permettra à la technologie CRISPR d'être encore plus puissante à l'aide d'ultrasons focalisés. La boîte à outils résultante permettra à l’édition génétique CRISPR de cibler avec précision les zones spécifiques nécessitant un traitement. L’équipe de recherche applique déjà cette découverte pour affiner ses travaux en immunothérapie du cancer.
Les travaux sont dirigés par la chaire Dwight C. et Hildagarde E. Baum en génie biomédical Peter Yingxiao Wang, et par des membres du laboratoire Wang, dont le professeur adjoint de génie biomédical Longwei Liu. Il a été publié dans Communication naturelle.
« CRISPR est révolutionnaire », a déclaré Wang, « vous pouvez modifier le génome ou l'épigénome directement dans le noyau cellulaire – de sorte que, essentiellement, vous pouvez traiter des maladies génétiquement liées. Mais nous allons encore plus loin pour le rendre contrôlable. Au lieu de cela, En modifiant continuellement le génome, nous pouvons désormais le contrôler pour qu'il soit activé à un endroit spécifique et à un moment précis à l'aide d'une onde ultrasonore télécommandée non invasive. C'est la percée.
Wang et son laboratoire ont une longue histoire d'ultrasons focalisés pionniers dans le cadre de recherches révolutionnaires sur l'immunothérapie du cancer utilisant des lymphocytes T modifiés du récepteur d'antigène chimérique (CAR) – ; cellules immunitaires extraites des patients et modifiées pour être plus efficaces contre le cancer. Wang et son équipe exploitent les ondes ultrasonores pour contrôler directement ces cellules CAR-T afin de cibler avec précision les cellules tumorales sans nuire aux tissus sains.
Les derniers travaux utilisent également l'immunothérapie anticancéreuse pour démontrer la puissance que les ultrasons focalisés peuvent ajouter à la boîte à outils CRISPR, où l'équipe exploite à la fois les ultrasons focalisés CRISPR et l'immunothérapie pour éradiquer les cellules cancéreuses dans des études sur la souris. Wang a déclaré qu'il s'agissait d'un outil qui pourrait être appliqué à un large éventail de troubles génétiques, de maladies et de maladies auto-immunes.
Il s’agit de la première étude qui fournit une boîte à outils CRISPR très complète et contrôlable par ultrasons pour assommer, activer ou faire taire un gène spécifique. En combinant cela avec l’immunothérapie, nous avons montré un traitement amélioré des tumeurs chez la souris. »
Longwei Liu, professeur adjoint de génie biomédical
Transformer les ondes ultrasonores non invasives en une centrale de médecine de précision
Wang a déclaré que l'un des inconvénients actuels de CRISPR est qu'une fois activé et administré dans le corps, il peut continuer sa fonction d'édition de gènes en continu.
« Avec une expression continue, cela conduira à l'immunogénicité chez l'homme, car le corps humain reconnaîtra les cellules positives pour Cas9 et attaquera ce type de cellules », a déclaré Liu.
« Bien sûr, cela déclencherait des fonctionnalités indésirables. S'il fonctionne en permanence, vous souhaitez parfois l'arrêter, mais vous ne pouvez pas. Dans notre système contrôlable, vous pouvez l'allumer et l'éteindre quand vous le souhaitez. C'est donc la beauté de l'appareil. système – fournissant une autre couche de contrôlabilité, et donc de précision », a déclaré Wang.
Les ultrasons focalisés évitent ces problèmes en utilisant des ondes ultrasonores pour initier un changement de température à l'endroit précis où les chercheurs souhaitent que la protéine CRISPR s'active. Par exemple, cet emplacement pourrait être un site tumoral où CRISPR doit être utilisé pour modifier l’ADN des cellules cancéreuses afin de les rendre plus susceptibles aux attaques de l’immunothérapie à base de cellules CAR T.
« Donc, essentiellement, vous connectez l'onde ultrasonore via le changement de température à la production de la molécule CRISPR », a déclaré Wang. « Dès que vous l'allumerez, la molécule CRISPR commencera à faire son travail là où vous le souhaitez. Puis, après un certain temps, elle commencera à se désintégrer d'elle-même, elle s'arrêtera pendant un certain temps, puis vous tu peux le rallumer quand tu veux. »
En termes de lutte contre le cancer, l'équipe de recherche a utilisé le CRISPR à ultrasons focalisés pour cibler le télomère, une structure ADN-protéine trouvée à l'extrémité des chromosomes qui protège l'intégrité du chromosome et limite le nombre de fois qu'une cellule peut se diviser.
« Le télomère a de très nombreuses répétitions, et nous utilisons CRISPR, guidé par ultrasons, pour couper ce télomère afin de déclencher la coupure du chromosome aux deux extrémités », a déclaré Wang. « Comme ils ont une séquence répétable, ils seront tous coupés et, par conséquent, la cellule tumorale ne pourra plus se réparer. Tout est brisé. La cellule subira alors l'apoptose et mourra. »
Wang a dit qu'à partir de là, les cellules déclencheraient la production de cytokines – ; protéines sécrétées par les cellules immunitaires qui agissent comme des messagers attirant d'autres cellules immunitaires vers le site pour attaquer les cellules tumorales déjà mourantes.
À partir de là, le système de l'équipe de recherche triple son effet anticancéreux en libérant ses cellules SynNotch CAR T – des cellules modifiées qui attaquent uniquement les cellules cancéreuses exprimant une protéine connue sous le nom de CD19 (que l'outil CRISPR active), réduisant ainsi le risque de nuire aux cellules saines. Wang a déclaré que la surface de la tumeur agit alors comme un centre de formation pour ces cellules CAR-T.
« Et après leur formation, ces cellules SynNotch CAR T commenceront à produire un récepteur CAR à la surface pour cibler l'ensemble de la population de la tumeur », a déclaré Wang. « Avec ces trois facteurs réunis, nous atteignons une efficacité très élevée pour le nettoyage des tumeurs. »
L’équipe a démontré des résultats de laboratoire prometteurs en exploitant l’outil CRISPR à ultrasons focalisés en combinaison avec la technologie des cellules CAR T.
« Le résultat a été étonnamment bon », a déclaré Wang. « Chez toutes les souris, la tumeur a non seulement ralenti sa croissance, mais elle a également disparu – la tumeur s'est essentiellement décomposée et a disparu. Ce sont donc des résultats très encourageants. »
Le travail a également été rédigé par Yiqian Shirley Wu, ancien doctorant de Wang, aujourd'hui professeur adjoint à l'Université de Pékin, ainsi que par Peixiang He, candidat au doctorat du Wang Lab, et par des collaborateurs de l'UC San Diego, du Georgia Institute of Technology et de l'Université Emory.
