Chodzi o zabieg edycji genów w oczach pacjentów, którzy cierpią na dziedziczne choroby prowadzące do ślepoty, lub na choroby rozwijające się z wiekiem, a więc np. jaskrę czy zwyrodnienie plamki żółtej.
Dwa lata temu zespół prof. Krzysztofa Palczewskiego z University of California, Irvine (UCI) (w badaniach prowadzonych przez Susie Suh i Elliota Choi) za pomocą precyzyjnej techniki edycji genów umożliwił widzenie u myszy z wrodzoną ślepotą. Aby jednak można było prowadzić bezpieczne operacje na ludziach - i aby uzyskać niezbędne do tego zgody - potrzeba jeszcze kilku lat badań - tłumaczy w rozmowie z PAP naukowiec.
Procedura edycji genów w oku - tłumaczy prof. Palczewski - będzie się zaczynała od pobrania próbki tkanki pacjenta. Komórki te będą przez jakiś czas hodowane w laboratorium, by testować na nich różne białka i enzymy. Będą to zaprojektowane specjalnie na potrzeby każdego pacjenta białkowe maszynerie do edycji genów - m.in. "uszyte" na miarę cząsteczki, tzw.guide RNA, które doprowadzą na właściwe miejsce w komórce białka edytujące DNA. Procedura takiego testowania bezpieczeństwa i skuteczności wybranych białek, a potem - namnażania ich - zajmuje na razie 2-3 miesiące. Po tym czasie zaprojektowane i przebadane w komórkach pacjenta związki dostarczane będą do oka pacjenta podczas operacji za pomocą iniekcji - opisuje prof. Palczewski.
Edycja genów w oku zachodzić będzie bardzo szybko. A potem kwestią dni czy tygodni powinno być to, by pacjent nauczył się sprawnie posługiwać wzrokiem.
- mówi naukowiec pytany, jaka będzie sprawność wzroku po operacji.
Przywrócenie wzroku skutkiem edycji genów
Badacz zapewnia, że skutki takiej edycji genów z założenia powinny być trwałe - wzrok przywrócony więc będzie raz na zawsze. - - tłumaczy.
Prof. Palczewski pokazuje nagranie dokumentujące skutki operacji na niewidomym psie. Zwierzę ma przejść przez pokój wypełniony przeszkodami. Przed operacją pies czuje się w pomieszczeniu niepewnie, wpada na przedmioty i znajduje drogę, posługując się węchem. Już w trzy dni po operacji zwierzę, wymachując wesoło ogonem, bez trudu omija wszystkie przeszkody.
Aby wzrok prawidłowo działał, potrzebna jest zgodna współpraca ogromnej ilości białek, m.in. w siatkówce oka. Jeśli któreś z nich jest nieprawidłowo zbudowane, zostaje przerwana kaskada reakcji, które są potrzebne, aby widzieć. Informacja o tym, jakie białka w oku trzeba produkować, zapisana jest w genach. Na razie znamy około 250 genów, które mają znaczenie w procesie widzenia. Jeśli w którymś z nich wystąpi niekorzystna mutacja - wzrok nie działa wtedy w pełni sprawnie, co może być przyczyną ślepoty. Mutacje te mogą się jednak pojawiać w różnych miejscach tych 250 genów i różnić między sobą. Właśnie dlatego dziedzicznych chorób związanych ze ślepotą jest tak dużo.
Dziedziczne choroby siatkówki, które przyczyniają się do ślepoty, występują u jednej na trzy-cztery tysiące osób. - - zauważa prof. Palczewski.
On sam bada biochemiczne procesy niezbędne w pracy oka. Opisał już m.in. działanie rodopsyny i jej znaczenie w utracie wzroku. Dzięki takim badaniom lepiej rozumiemy, które fragmenty w DNA - i w jaki sposób - są odpowiedzialne za proces widzenia. Naukowiec wyjechał z Polski do USA po doktoracie, w latach 80. Jest laureatem Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej z 2012 r.
Prof. Palczewski tłumaczy, że perspektywa edycji genów w ludzkim oku stała się bardzo bliska dzięki kilku przełomom, jakie pojawiły się w ostatnich kilku latach w nauce.
Jednym z takich przełomów są postępy w genetyce: możliwość szybkiego i taniego sekwencjonowania genomu, a także rozwój wiedzy o tym, jakie są funkcje poszczególnych genów. Każda osoba z dziedziczną chorobą siatkówki może więc zbadać swoje DNA i sprawdzić, jaka dokładnie mutacja uniemożliwia widzenie.
Kolejnym przełomem jest zatwierdzenie przez amerykańską agencję FDA leku Voretigene neparvovec – to pierwsza dopuszczona w USA terapia genowa, którą prowadzi się bezpośrednio w ciele pacjenta. - - tłumaczy prof. Palczewski. Lek ten wprawdzie nie umożliwi leczenia wszystkich rodzajów ślepoty, ale dzięki niemu przetarte zostały szlaki dla terapii genowej w oku.
Kolejnym przełomem - wymienia prof. Palczewski - jest opracowanie, a potem - udoskonalenie techniki edycji genów CRISPR-Cas 9. Dzięki tym osiągnięciom możemy już precyzyjnie poprawiać bardzo drobne błędy w zapisie genetycznym w żyjących komórkach. Badacz wychodzi z założenia, że technologia ta jest znacznie bezpieczniejsza i precyzyjniejsza, niż wprowadzanie zmian w genomie za pośrednictwem wirusów - jak w zatwierdzonej już terapii.
Następnym przełomem jest technologia zastosowana w szczepionkach na COVID Moderny i Pfizera. Pozwala ona dostarczać do wnętrza ludzkich komórek precyzyjnie zaprojektowane RNA. Tymczasem w edycji genów konieczne jest właśnie wprowadzenie do komórki fragmentu RNA - tzw. guide RNA - które potem w obrębie DNA wskaże miejsce do naprawy. Dzięki szczepionkom skuteczność tego nowatorskiego pomysłu na wprowadzenie informacji do wnętrza komórki szybko potwierdzono, od razu na setkach milionów osób.
Nie bez znaczenia jest też postęp w technikach obrazowania. Po ingerencji w komórki oka trzeba przecież jeszcze zbadać, jaka zmiana w nich zaszła, i czy poprawnie działają. mówi biochemik.
podsumowuje badacz.
Profesor opowiada, że na razie edycję genów odpowiedzialnych za widzenie testuje się na modelach mysich i psich. Oprócz tego prowadzone są też badania na ludzkich liniach komórkowych i organoidach (z ludzkich komórek somatycznych - pobranych np. ze skóry - daje się już bowiem uzyskiwać komórki pracujące, jak inne ludzkie tkanki, np. komórki siatkówki oka). W planach jest też edycja genów w ludzkim oku pozyskanym od zmarłego dawcy i utrzymywanym w aktywności poza organizmem.
- zapowiada biochemik. I zastrzega, że nie jest to proste, gdyż sporo jeszcze trzeba przetestować - choćby kwestię dostarczenia białkowych narzędzi edytujących do komórki. A badania na ludziach są precyzyjnie uregulowane. - - ocenia prof. Palczewski.
Co będzie, jeśli coś pójdzie nie tak i w organizmie pacjenta przypadkiem edytowane zostaną nie tylko pożądane geny, ale i inne fragmenty DNA odpowiedzialne za ważne funkcje komórki? - - ocenia naukowiec.
A jeśli edytor genów, podczas operacji nieprecyzyjnie wprowadzony do oka, trafi również do komórek, do których trafić nie miał: do takich, które działają prawidłowo? - - tłumaczy naukowiec.
Pytany, ile może kosztować procedura przywracania wzroku, badacz zwraca uwagę, że na razie - z powodu monopolu na rynku - dostępna na rynku terapia genowa wzroku Voretigene neparvovec jest bardzo kosztowna. Wynosi ok. 800 tys. dol. za jedno oko, przez co jest ona dostępna dla niewielu osób. - - ocenia.
