Dans une revue récente publiée dans la revue PNASles chercheurs explorent les méthodes d'administration de protéines associées à CRISPR (Cas) à répétitions palindromiques courtes et régulièrement espacées en cluster non virales et spécifiques aux cellules et soulignent leurs avantages pour les applications de recherche et de thérapie génique.
Étude: Livraison non virale ciblée d'éditeurs du génome in vivo. Crédit d'image : Catalin Rusnac/Shutterstock.com
Sommaire
Améliorer la livraison des enzymes CRISPR-Cas
Les enzymes CRISPR-Cas offrent précision et facilité dans l’édition du génome ; cependant, ils sont également associés à certains problèmes de sécurité en raison de leur potentiel à induire des modifications permanentes. La spécificité améliorée de Cas9 marque un progrès, mais une livraison ciblée reste vitale pour minimiser les risques.
Les vecteurs viraux ont été largement étudiés comme véhicules de délivrance de ces enzymes. Néanmoins, ces systèmes sont également associés à des risques d’immunogénicité et de perturbations génétiques.
Les alternatives émergentes telles que les ribonucléoprotéines CRISPR-Cas (RNP) et les nucléases codées par l'acide ribonucléique messager (ARNm) réduisent les effets hors cible et les risques d'oncogenèse, mais manquent de ciblage spécifique. Par exemple, les RNP Cas9, qui offrent une présence cellulaire transitoire et une rentabilité, réduisent les effets hors cible et l'immunogénicité ; cependant, leur livraison ciblée pose un défi de taille. Il reste donc un besoin urgent de stratégies de prestation avancées.
Des recherches plus approfondies sont essentielles pour développer des mécanismes de distribution plus sûrs et plus précis pour les systèmes CRISPR-Cas, qui garantiront une édition ciblée du génome avec un minimum d'effets hors cible et des risques cliniques moindres.
Ex vivo méthodes de livraison ciblées
Une délivrance ciblée peut être obtenue grâce à l'isolement physique des cellules pour ex vivo édition du génome. Cette méthode est particulièrement efficace avec les cellules hématopoïétiques, qui peuvent être facilement isolées et modifiées en dehors du corps.
Des techniques telles que l'électroporation ont facilité l'édition efficace du génome dans les lymphocytes T, ainsi que dans les cellules souches et progénitrices hématopoïétiques (HSPC), offrant ainsi un potentiel unique pour révolutionner le traitement des maladies hématologiques comme la drépanocytose (SCD) et la bêta-thalassémie. Malgré son efficacité, une limitation importante de l’électroporation est son applicabilité limitée à d’autres tissus, ainsi que ses effets cytotoxiques potentiels.
Ex vivo L’édition du génome a également fait progresser la médecine régénérative. Par exemple, des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) éditées avec des RNP Cas9 ont été utilisées pour développer des traitements contre les troubles génétiques de la peau et le diabète de type 1 (DT1), démontrant ainsi le potentiel de cette méthode pour remplacer ou régénérer les tissus endommagés. Cette spécificité garantit un risque minimal de modification involontaire de types de cellules et fournit un environnement contrôlé pour les interventions thérapeutiques.
In vivo édition du génome : défis et opportunités
In vivo l’édition du génome est limitée dans sa capacité à cibler avec précision des tissus spécifiques sans bénéficier de l’isolement. Des techniques telles que l'injection directe ont obtenu des succès localisés dans le cerveau, la peau et les tumeurs, tandis que des innovations telles que les peptides pénétrant dans les cellules et les nanoparticules lipidiques (LNP) offrent des possibilités d'administration plus larges. Ces progrès soutiendront inévitablement le développement de futurs systèmes CRISPR-Cas pouvant être fournis de manière systémique avec une précision spécifique aux cellules.
Avancées en matière de livraison : LNP et véhicules de livraison enveloppés (EDV)
Les LNP permettent l’administration systémique et la fuite endosomale pour libérer des outils d’édition du génome directement dans les cellules. Regroupant des séquences génétiques plus grandes et ciblant des tissus spécifiques, les LNP ont déjà été étudiées pour leur potentiel à traiter des maladies complexes comme l'hypercholestérolémie familiale.
Les véhicules biologiquement inspirés, notamment les particules pseudo-virales (VLP) et les vésicules extracellulaires (EV), imitent les mécanismes de délivrance virale pour une édition ciblée. Ces EDV exploitent les processus naturels pour une édition efficace du génome, démontrant ainsi l’évolution du paysage des méthodes d’administration CRISPR-Cas et leur potentiel à surmonter les limitations actuelles.
Ex vivo précision avec les VLP
Les VLP se sont révélés prometteurs en fournissant avec précision des outils d'édition du génome à des types de cellules spécifiques dans un ex vivo paramètre. Ces particules modifiées utilisent souvent la glycoprotéine VSV-G en raison de sa large gamme de récepteurs, y compris le récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDL-R), pour faciliter l'entrée dans un large éventail de cellules humaines, telles que les lymphocytes T, les lymphocytes B. , iPSC et cluster de différenciation (CD) 34+ HSPC.
Cette large applicabilité est encore affinée par le pseudotypage des VLP avec d’autres glycoprotéines virales pour finalement cibler les cellules en fonction d’interactions spécifiques avec des récepteurs. Par exemple, l’exploitation de la glycoprotéine d’enveloppe du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) cible les VLP sur les lymphocytes T CD4+, améliorant ainsi la spécificité de l’administration et minimisant les effets hors cible. Cette approche a joué un rôle déterminant dans la reprogrammation des cellules immunitaires pour le traitement du cancer et dans la modification des cellules souches pour la médecine régénérative.
In vivo progrès avec les EDV
Les VLP et les EV offrent une plate-forme pour la livraison directe et localisée des éditeurs CRISPR-Cas9. Ces EDV évitent le besoin de ciblage spécifique aux cellules lorsqu’ils sont administrés directement sur le site d’intérêt, tel que l’œil ou le tissu musculaire, offrant ainsi la possibilité de traiter des affections telles que la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) et les maladies neurodégénératives. De plus, l’administration systémique de VLP a permis une modification ciblée du foie pour éventuellement traiter les troubles associés au foie.
La spécificité de ces systèmes est renforcée par l'affichage de molécules de ciblage sur la surface du VLP, qui dirigent la machinerie d'édition du génome vers des cellules ou des organes spécifiques avec une activité hors cible minimale.
Directions futures
Le plein potentiel des thérapies CRISPR-Cas, en particulier pour les maladies non hépatiques et non hématologiques, repose sur le développement de véhicules d'administration plus sophistiqués. Le défi réside dans la réalisation de la spécificité du type cellulaire in vivo sans induire de réponses immunitaires ni d’effets hors cible.
Les innovations récentes dans la formulation des LNP et l'exploration d'EDV d'inspiration biologique présentent des stratégies prometteuses pour faciliter la précision de l'administration. Ces progrès, combinés au criblage à haut débit et à l’ingénierie des anticorps, conduiront probablement au développement de thérapies CRISPR-Cas peu invasives et hautement spécifiques.
