CRISPR-Genbearbeitung kann Zellen erzeugen, die gegen HIV immun sind

CRISPR-Genbearbeitung war sicher und mäßig wirksam bei der Einführung von Stammzellen, denen der CCR5-Rezeptor fehlte und die nach einer Chemotherapie immun gegen eine HIV-Infektion waren ausgerottet das Immunsystem eines Mannes mit HIV und akuter lymphozytischer Leukämie, berichten chinesische Forscher diese Woche im New England Journal of Medicine.

Der CCR5-Rezeptor auf menschlichen Zellen wird von HIV verwendet, um in die Zelle einzudringen., Wenn der CCR5-Rezeptor nicht auf der Zelloberfläche vorhanden ist, kann HIV nicht in die Zelle gelangen, es sei denn, er hat sich zu einem anderen Rezeptor, CCR4, entwickelt. Die meisten Viren sind nicht für die Verwendung von CCR4 geeignet. Eine genetische Mutation namens CCR5-delta 32 verhindert eine HIV-Infektion vollständig, wenn eine Person die Mutation von beiden Elternteilen erbt. Rund 1% der Menschen nordeuropäischer Abstammung sind CCR5-delta 32 homozygot, was bedeutet, dass sie die Mutation von beiden Elternteilen geerbt haben.,

Das chinesische Experiment wurde entwickelt, um zu testen, ob es möglich war, genetisch ein Äquivalent zur Ausrottung von HIV bei Timothy Ray Brown zu entwickeln. Der sogenannte „Berliner Patient“ scheint nach einer Stammzelltransplantation von einem Spender, dem der CCR5-Rezeptor fehlte, von HIV geheilt worden zu sein und sein Immunsystem nach einer Chemotherapie zur Behandlung akuter myeloischer Leukämie neu bevölkert zu haben.

CRISPR steht für “ Clustered Regelmäßig Interspaced Kurze Palindrom-Wiederholungen und CRISPR-associated protein 9. Es ist eine Genbearbeitungstechnik, mit der Forscher ein Stück RNA entwerfen können, um es an eine bestimmte Stelle in einer DNA-Kette zu binden. Die RNA ist mit einem bakteriellen Enzym, Cas9, verpackt, das DNA schneidet. Die zelleigene genetische Reparaturmaschinerie fügt dann eine maßgeschneiderte DNA-Sequenz ein.,

Im Falle der CRISPR-Genbearbeitung für die CCR5-Deletion führt die Technik eine DNA-Sequenz ein, die den Code enthält, um neue Stammzellen oder Vorläuferzellen herzustellen, denen der CCR5-Rezeptor fehlt. Diese Blutstamm – und Vorläuferzellen differenzieren sich zu einer Vielzahl von Blutzellen, zu denen CD4+ – und CD8+ – Lymphozyten gehören. Allen Nachkommen dieser Stammzellen fehlt der CCR5-Rezeptor.

Es wurden noch keine Ergebnisse aus Studien mit CRISPR-basierten Therapien für Krankheiten veröffentlicht, daher gehören die chinesischen Ergebnisse zu den ersten, die über die Sicherheit der Technik berichten., Chinesische Forscher stehen an der Spitze der CRISPR-basierten therapeutischen Krebsforschung.

Ein chinesischer Wissenschaftler behauptet, früher in diesem Jahr genutzt haben, CRIPSR genetisch Ingenieur Immunität gegen HIV-Infektion durch embryonale Genom-Bearbeitung, so dass Zwillingsmädchen geboren wurden CCR5-homozygoten. Dieses Experiment wurde von anderen Forschern nachdrücklich als unethisch verurteilt, und die Bearbeitung des menschlichen Embryo-Genoms ist in vielen Ländern mit Ausnahme der Laborforschung verboten.,

Professor Hongkui Deng vom Stammzellforschungszentrum der Peking University und Kollegen an großen Forschungseinrichtungen in Peking berichteten im New England Journal of Medicine über den Fall. Er war nicht mit den CRISPR-Editing-Experimenten an menschlichen Embryonen verbunden.

Dieses Experiment testete die Sicherheit und Durchführbarkeit der Transplantation von CRISPR-Cas9-modifizierten Stammzellen in eine mit HIV lebende Person während der Behandlung akuter lymphozytischer Leukämie. Die untersuchte Person war ein 27-jähriger Mann, bei dem zwei Wochen vor der Diagnose einer akuten lymphatischen Leukämie im Jahr 2016 HIV diagnostiziert wurde., Bei der Diagnose hatte er eine CD4-Zellzahl von 528 Zellen / mm3 und eine Viruslast von 850.000 Kopien/ml (eine Viruslast, die auf eine Primärinfektion hindeutet, eine Frage, die von den Studienautoren nicht angesprochen wurde). Er begann sofort mit der antiretroviralen Behandlung und erreichte ein Jahr später eine nicht nachweisbare Viruslast. Er erhielt sechs Chemotherapien und erreichte eine vollständige Remission der Leukämie. Im Juni 2017 unterzog er sich einer Stammzelltransplantation von einem Spender, der ein nicht mutiertes CCR5-Gen hatte. Die Stammzelltransplantation ist ein Routineverfahren nach Chemotherapie bei akuter lymphatischer Leukämie.,

Vor der Transplantation wurden CD34 + – Zellen geerntet und einer CRISPR-Bearbeitung unterzogen, um die CCR5-Genmutation einzufügen.

Von den geernteten Zellen wurden 17% geneditiert. Nach der Transplantation umfassten CCR5-gelöschte Zellen nie mehr als 5-8% der Karyozyten im Knochenmark (Vorläufer für weiße Blutkörperchen). Zellen, die von den Engrafted-Zellen abstammen, zeigten einen ähnlichen Anteil an CCR5-gelöschten Zellen, was zeigt, dass das bearbeitete Gen bestehen bleibt, wenn sich die Zellen in neue Arten von Blutzellen differenzieren., Ein geringerer Anteil an CCR5-gelöschten Zellen wurde jedoch in CD4+-und CD8+-T-Zellen gefunden, möglicherweise aufgrund der Persistenz von Spender-T-Zellen, die nicht verändert wurden. Die CCR5-gelöschten Zellen blieben mindestens 19 Monate nach der Transplantation bestehen.

Der Patient erlitt die üblichen Nebenwirkungen einer Stammzelltransplantation einschließlich Anämie, Neutropenie und Thrombozytopenie, es wurden jedoch keine Nebenwirkungen der CCR5-Deletion festgestellt. In Zellen, die vier Monate, 12 Monate und 19 Monate nach der Transplantation aus dem Knochenmark entnommen wurden, wurden keine Genbearbeitungen außerhalb der Zielstelle im Genom nachgewiesen.,

In einem begleitenden Editorial warnt Professor Carl June vom Center for Cellular Immunotherapies der University of Pennsylvania jedoch davor, dass die niedrige Frequenz von CCR5-gelöschten Zellen und die daraus resultierende kleine Probe bei einem einzelnen Patienten dazu führen, dass seltene genetische Veränderungen übersehen werden könnten.

Sieben Monate nach der Transplantation fand eine analytische Behandlungsunterbrechung statt, um festzustellen, ob die CCR5-gelöschten Zellen einen Einfluss auf die Viruslast hatten. Der Patient hat eine schriftliche Einwilligung zur Unterbrechung der Behandlung erteilt., Zu diesem Zeitpunkt hatte sich seine CD4-Zahl auf über 500 Zellen/mm3 normalisiert, nachdem er 150 Tage nach der Transplantation auf etwa 200 Zellen/mm3 gesunken war, und er hatte eine nicht nachweisbare Viruslast.

Die Behandlungsunterbrechung dauerte vier Wochen, während dieser Zeit stieg die Viruslast des Patienten auf 3 Millionen Kopien/ml und seine CD4-Zellzahl sank auf 250 Zellen/mm3. Das Studienprotokoll erforderte eine Wiederaufnahme der Behandlung, wenn die Viruslast 100.000 Kopien/ml überschritt oder die CD4-Zellzahl unter 250 Zellen/mm3 fiel. Die Viruslast wurde nach Wiederaufnahme der Behandlung wieder nicht nachweisbar.,

Die Gesamt-und integrierten HIV-1-DNA-Spiegel in CD4-Zellen erhöhten sich nach Behandlungsunterbrechung um etwa 2%, was auf eine schnelle Ausdehnung des HIV-Reservoirs hinweist, und blieben ein Jahr später immer noch über dem Niveau vor der Unterbrechung.

Während der Behandlungsunterbrechung stieg der Anteil der CCR5-gelöschten CD4+ T-Zellen von 2,96% auf 4,39%.

„Um die Anti-HIV-Wirkung von CCR5-ablated HSPCs weiter zu klären, wird es wichtig sein, die Gen-Editing-Effizienz unseres CRISPR-Cas9-Systems zu erhöhen und das Transplantationsprotokoll zu verbessern“, schließen die Forscher., Eine Veränderung von mehr Zellen in einer Spenderprobe und die Transplantation eines höheren Anteils der veränderten Zellen könnte zu einer größeren Population von CCR5-gelöschten Zellen im Empfänger führen. So könnte die Entwicklung von pluripotenten Stammzellen, die die Vorläufer von Blutstammzellen sind.

Die Forscher weisen darauf hin, dass die CRISPR-Cas9-Bearbeitung von Blutstammzellen einen potenziellen Nachteil der CCR5 Delta-32 – Mutation-reduzierte Lebenserwartung, wie in einer kürzlich veröffentlichten Studie identifiziert-überwinden kann, indem nur Blutzellen bearbeitet werden., Der Mechanismus, durch den CCR5 die Lebenserwartung beeinflussen könnte, bleibt unklar, obwohl einige Wissenschaftler argumentieren, dass die Mutation die Anfälligkeit für einige Virusinfektionen wie Influenza erhöhen könnte.