La plupart des thérapies géniques approuvées aujourd’hui, y compris celles impliquant CRISPR-Cas9, opèrent leur magie sur les cellules retirées du corps, après quoi les cellules modifiées sont restituées au patient.
Cette technique est idéale pour cibler les cellules sanguines et est actuellement la méthode utilisée dans les thérapies géniques CRISPR récemment approuvées pour les maladies du sang comme la drépanocytose, dans lesquelles des cellules sanguines modifiées sont réinjectées aux patients après que leur moelle osseuse a été détruite par chimiothérapie.
Une nouvelle méthode de livraison ciblée avec précision pour CRISPR-Cas9, publiée le 11 janvier dans la revue Biotechnologie naturelle, permet l’édition génétique de sous-ensembles très spécifiques de cellules tout en étant 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 des patients avant de leur donner des cellules sanguines modifiées.
La méthode d’administration, développée à l’Université de Californie à Berkeley, laboratoire de Jennifer Doudna, co-inventrice de l’édition du génome CRISPR-Cas9, consiste à envelopper les protéines d’édition Cas9 et les ARN guides dans une bulle membranaire décorée de morceaux d’anticorps monoclonaux. qui ciblent 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 thérapie par cellules T du récepteur d’antigène chimérique (CAR). 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 de cibler et d’éliminer une autre classe de cellules immunitaires, les cellules B.
L’exploit était une preuve de principe, a déclaré Hamilton, montrant le potentiel d’utiliser cette méthode de transport – ; véhicules de livraison enveloppés – ; pour cibler et modifier les cellules sanguines et potentiellement d’autres types de cellules chez les animaux vivants (in vivo) et, éventuellement, les humains.
« Notre approche implique le multiplexage des molécules de ciblage, c’est-à-dire la présence de deux ou plusieurs molécules de ciblage sur nos particules qui interagissent avec leur cellule cible un peu comme 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 se sont liées à l’aide de deux interactions anticorps-ligand. Après avoir traité des souris avec des vecteurs ciblés sur les lymphocytes T, nous avons observé une ingénierie du génome dans notre type de cellule d’intérêt, les lymphocytes T, et non dans les hépatocytes hépatiques. « .
Un ciblage hautement spécifique est difficile pour toutes les méthodes d’introduction de gènes dans les cellules, a-t-elle déclaré. Les cellules hépatiques, en particulier, occupent souvent des véhicules de livraison dirigés ailleurs.
Enveloppes virales
Hamilton et son équipe étudient l’une des nombreuses techniques expérimentales permettant d’administrer des thérapies géniques. Beaucoup emploient la couche externe de virus encapsulés – ; les virus sont vidés et bourrés 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, qui a étudié les virus enveloppés tels que la grippe pour son doctorat, s’est concentrée sur l’ingénierie de cette classe de virus car ils ont une enveloppe externe plus flexible, constituée de la membrane extérieure de la cellule à partir de laquelle ils ont germé.
Dans une publication de 2021, elle a démontré que l’enveloppe extérieure d’un virus VIH-1, qui avait été éviscérée et remplie de Cas9 et qu’elle a appelé particule semblable à un virus (VLP), pouvait éditer les lymphocytes T en culture (ex vivo) et convertissez-les en cellules CAR T. Depuis lors, elle a tellement modifié l’enveloppe virale qu’elle les appelle désormais véhicules de livraison enveloppés, ou EDV.
Un aspect clé des EDV est que leurs enveloppes externes peuvent être facilement décorées avec plus d’un fragment d’anticorps ou un ligand de ciblage, ce qui améliore considérablement la spécificité de ciblage. D’autres véhicules de transmission de gènes, tels que les virus adéno-associés et les nanoparticules lipidiques, se sont révélés plus difficiles à cibler avec précision.
Des efforts sont déployés pour recibler tous ces vecteurs afin d’avoir une spécificité vers un type de cellule et de les détourner de leur transmission vers d’autres types de cellules. Vous pouvez afficher des anticorps ou des fragments d’anticorps, comme ce que nous avons fait, mais l’absorption dans les cellules témoins est encore assez élevée. Vous pouvez biaiser l’administration vers un type de cellule, mais vous pouvez toujours observer une absorption dans des cellules spectateurs. Dans notre article, nous avons en fait examiné le foie pour voir si nous recevions une livraison non ciblée et n’en avons vu aucune. Je pense qu’il serait plus difficile d’y parvenir avec un vecteur viral non enveloppé plus traditionnel ou une nanoparticule lipidique.
Jennifer Hamilton, chercheuse CRISPR au laboratoire Doudna, Innovative Genomics Institute (IGI)
Dans l’article, Hamilton et ses collègues ont cherché à reproduire in vivo un ex vivo La thérapie cellulaire CRISPR CAR T administrée avec succès à des patients atteints de cancer, rapportée dans Science en 2020. Cette thérapie a non seulement délivré un transgène pour un récepteur ciblant les cellules cancéreuses, mais a également éliminé, à l’aide de CRISPR, les récepteurs ne ciblant pas le cancer.
Les chercheurs d’Uc Berkeley ont réussi à éliminer le récepteur natif des lymphocytes T et à délivrer un transgène pour un récepteur qui ciblait 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 se traduit par moins de modifications hors cible.
« Ce que nous avons essayé de réaliser dans cet article », a déclaré Hamilton, « c’est de sauter toute l’étape consistant à devoir modifier des cellules à l’extérieur du corps. Notre objectif était d’administrer systémiquement un seul vecteur qui effectuerait à la fois la délivrance et l’inactivation du gène dans des conditions spécifiques. types de cellules à l’intérieur du corps. Nous avons utilisé cette stratégie de délivrance pour fabriquer des cellules CAR T génétiquement modifiées. in vivodans l’espoir de pouvoir rationaliser le processus complexe utilisé pour fabriquer des cellules CAR T génétiquement modifiées ex vivo« .
Doudna et son laboratoire continuent d’améliorer l’efficacité de l’administration médiée par l’EDV. Hamilton, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Doudna, développe cette méthode de prestation en tant que membre du programme Women in Enterprising Science de l’IGI. La raison ultime pour laquelle le laboratoire se concentre sur les vecteurs qui fonctionnent in vivo est de rendre les thérapies CRISPR plus largement disponibles et moins chères. Dans un récent essai paru dans le magazine Wired, Doudna a évoqué les inégalités des thérapies géniques coûteuses d’aujourd’hui, en partie dues aux séjours hospitaliers prolongés nécessaires lorsqu’un patient subit une greffe de moelle osseuse.
« Le traitement contre la drépanocytose devrait coûter plus de 2 millions de dollars par patient, et seul un petit nombre d’établissements aux États-Unis ont la capacité technologique de le fournir », a écrit Doudna, qui a partagé le prix Nobel de chimie 2020 pour son travail. -invention de l’édition du génome CRISPR-Cas9. « Les nouvelles technologies permettant in vivo la fourniture de thérapies d’édition génétique et l’amélioration de la fabrication seront essentielles pour faire baisser les prix, tout comme les partenariats uniques entre les universités, le gouvernement et l’industrie, réunis avec l’abordabilité comme objectif commun. Il ne suffit pas de fabriquer les outils. Nous devons veiller à ce qu’ils parviennent à ceux qui en ont le plus besoin. »
Outre Hamilton et Doudna, les autres co-auteurs de l’article sont Evelyn Chen, Barbara Perez, Cindy Sandoval Espinoza, Min Hyung Kang et Marena Trinidad, toutes affiliées à l’IGI et au Département de biologie moléculaire et cellulaire de l’UC Berkeley, et Wayne Ngo. des Instituts Gladstone de 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 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.
