Μια φθινοπωρινή μέρα του 2020, ο Πάτρικ Ντόχερτυ είχε βγάλει περίπατο τον σκύλο του σε μια ανηφόρα στο Ντόνεγκαλ της Ιρλανδίας – όταν παρατήρησε ότι του κοβόταν η αναπνοή, πράγμα που δεν του είχε ξανασυμβεί. Η διάγνωση που του έγινε ήταν τρομακτική: έπασχε από αμυλοείδωση, μια σπάνια γενετική ασθένεια που προκαλούσε την πύκνωση των ινιδίων αμυλοειδών πρωτεϊνών στα όργανα και τους ιστούς του σώματός του. Η πρόγνωση με την οποία βρέθηκε αντιμέτωπος ήταν ακόμη χειρότερη: είχε μπροστά του χρόνια μιας ζωής με πόνο, μέχρι τον θάνατό του που πρόβαλε ως η σύντομη έκβαση. Ενώ όμως ο Π. Ντόχερτυ βρισκόταν αντιμέτωπος με μια τόσο φρικτή μοίρα, είχε και μια μεγάλη τύχη. Μπόρεσε να ενταχθεί σε μια κλινική δοκιμή για νέα θεραπευτική αγωγή και – μετά από μια και μόνον ένεση – δείχνει να έχει θεραπευθεί. Τώρα πλέον, μπορεί να παίρνει στην ορεινή περιοχή του Ντόνεγκαλ εκείνη την απότομη ανηφόρα με τον σκύλο του κάθε βδομάδα.

Η θεραπεία που εγκρίθηκε για τον Π. Ντόχερτυ τροποποίησε το σχετικό γονίδιο χρησιμοποιώντας την CRISPR Cas9, μια τεχνολογία η οποία πέρασε με αστραπιαία ταχύτητα από το εργαστήριο στην κλινική εφαρμογή. Οι επιστήμονες έχουν ήδη εφαρμόσει την τεχνική της γονιδιακής τροποποίησης προκειμένου να βελτιώνουν την όραση ανθρώπων με κληρονομικές ασθένειες που προκαλούν τύφλωση. Φαίνεται επίσης ότι μπορούν και θεραπεύουν με τον ίδιο τρόπο την δρεπανοκυττάρωση, οπότε αποκαθιστούν την ακοή ανθρώπων με κωφότητα. Η νέα αυτή κατηγορία φαρμάκων θα γνωρίσει ταχύτατη ανάπτυξη τα ερχόμενα χρόνια, στοχεύοντας π.χ. σε θεραπεία καρδιαγγειακών παθήσεων ή και του καρκίνου. Μια νέα γενεά φαρμακευτικών εργαλείων μεγαλύτερης ακρίβειας, βασιζόμενων σε τροποποίηση των γονιδίων με μεγάλη ακρίβεια βρίσκεται πλέον σε φάση κλινικών δοκιμών.

Περίοδος επιτάχυνσης

Η τεχνική του CRISPR-Cas9 λειτουργεί κάπως σαν κυτταρικό ψαλίδι που ανακόπτει το DNA σε πολύ συγκεκριμένο σημείο. Ένα τμήμα από RNA (μια εκδοχή μονόκλωνου DNA) που έχει συνδεθεί με το φάρμακο, οδηγεί το ένζυμο Cas9. Mόλις αποκοπεί το DNA, ο φυσικός μηχανισμός επισκευής του κυττάρου τίθεται σε λειτουργία. Φάρμακα βασιζόμενα σε γονιδιακή τροποποίηση επιστρατεύουν αυτά τα φυσικά συστήματα των κυττάρων και καταλήγουν να αντικαθιστούν ένα προϋφιστάμενο (προβληματικό) τμήμα του κώδικά τους με μια νέα (διορθωμένη) αλληλουχία.

Η ταχύτητα προώθησης αυτών των καινοτομιών υπήρξε εντυπωσιακή. Η CRISPR-Cas9 ανακαλύφθηκε σε εργαστήριο το 2012 και – μόλις 3 χρόνια αργότερα – η eGenesis, εταιρεία βιοτεχνολογίας στην Μασαχουσέτη, την χρησιμοποίησε για να επεξεργασθεί έμβρυα γουρουνιών προκειμένου να δημιουργήσει όργανα καταλληλότερα για μεταμόσχευση σε ανθρώπους. Ήδη το 2016, είχε εγκριθεί θεραπεία CRISPR-Cas9 για πειραματική χρήση σε ανθρώπους που έπασχαν από καρκίνο: λαμβάνονταν ανοσοκατεσταλμένα κύτταρα από το σώμα, με τροποποίηση που βοηθούσε τα εν λόγω κύτταρα να καταπολεμούν τον καρκίνο καλύτερα, και επαναφέρονται εν συνεχεία στον οργανισμό.

Την επόμενη χρονιά, η Vertex και η Crispr Therapeutics, δυο φαρμακευτικές με έδρα στην Βοστώνη της Μασαχουσέτης και στο Τσουγκ της Ελβετίας αντιστοίχως, ανακοίνωσαν ότι συνδιαμορφωναν μια θεραπεία ονομαζόμενη CTX001, για δυο ασθένειες: την δρεπανοκυττάρωση και την μεσογειακή αναιμία.  Και οι δυο τους οφείλονται σε γενετικά ελαττώματα που στρεβλώνουν τις οδηγίες του οργανισμού για την παραγωγή αιμοσφαιρίνης, μιας πρωτεΐνης που βοηθάει τα ερυθρά αιμοσφαίρια να μεταφέρουν οξυγόνο.

Η CTX001, που είναι πλέον γνωστή ως Casgevy (exagamglogene autoleucel), έφθασε τον Νοέμβριο του 2023 στην αγορά – με τιμή 2,2 εκατ. δολαρίων για μια θεραπεία μονής δόσης. Προκύπτει από την συλλογή βλαστοκυττάρων αίματος από τον ασθενή, με επεξεργασία γονιδίου που επιτρέπει να επανεκκινήσει η παραγωγή ενός είδους αιμοσφαιρίνης που συνήθως παράγεται μόνον όταν το έμβρυο βρίσκεται στην μήτρα – και εν συνεχεία με εκ νέου έγχυση των βλαστοκυττάρων. Ο ασθενής μπορεί πλέον να δημιουργεί αρκετά ερυθρά αιμοσφαίρια για την αντιμετώπιση των συμπτωμάτων αυτών των αιματολογικών παθήσεων.

Η CRISPR-Cas9 έχει πρόδηλα πλεονεκτήματα, έχει όμως και όρια στην χρήση της. Το μόριο-οδηγός RNA μπορεί ορισμένες φορές να μην εξασφαλίζει μεγάλη ακρίβεια, με αποτέλεσμα ακούσιες περικοπές στο DNΑ του ασθενούς. Επιπλέον, επειδή το εργαλείο αυτό κόβει και τους δυο κλώνους της έλικας του DNA, η επισκευή που θα ακολουθήσει μπορεί να επιφέρει και μη-ηθελημένες προσθήκες ή αφαιρέσεις. Παρόμοιου τύπου ζημιές στην γενετική πληροφορία, όπως αυτή μεταφέρεται, θα μπορούσαν να προκαλέσουν τελικώς καρκίνους ή να διαταράξουν την κυτταρική λειτουργία με άλλους τρόπους.

Γι αυτό ακριβώς τον λόγο, προωθούνται βελτιώσεις στην εν λόγω τεχνολογία. Ο εντομάσες της CRISP-Cas9, για παράδειγμα, είναι ένζυμα που αποκόπτουν μόνο ένα από τους δυο κλώνους της διπλής έλικας του DNA. Οπότε, προκειμένου να επιφέρουν γενετικές τροποποιήσεις, οι εντομάσες χρειάζεται να χρησιμοποιούνται σε ζεύγη – πράγμα που, με την σειρά του, συνεπάγεται λιγότερους κινδύνους παρενεργειών. Είναι απίθανο οι δυο εντομάσες που προσέρχονται σε μια τροποποίηση να συνδεθούν εσφαλμένα στο ίδιο τμήμα του DNA. Μια άλλη μέθοδος, η γνωστή ως «επεξεργασία βάσεων» μπορεί να μετατρέψει χημικά ένα μόνο γράμμα της αλληλουχίας του DNA σε ένα άλλο, χωρίς να υπάρχει η ανάγκη να κοπούν τμήματά του.

Ορισμένες από αυτές τις μεθόδους βρίσκονται ήδη σε κλινική χρήση. Το 2022, σε ασθενή με υπερχοληστερολαιμία χορηγήθηκε θεραπεία με επεξεργασία βάσης, στα πλαίσια κλινικής δοκιμής. Η ασθένεια αυτή, που πλήττει έναν άνθρωπο στους 250, καταλήγει σε περιορισμένη αποβολή της κακής χοληστερίνης από το αίμα. Η θεραπεία VERVE -101, που προέκυψε από την Verve Therapeutics, απενεργοποιεί το γονίδιο PCSK9 στο συκώτι με μια μόνο αλλαγή γραμμάτων στο DNA (από Α σε G).

Η Beam Therapeutics, που εδρεύει στο Καίμπριτζ της Μασαχουσέτης, χρησιμοποιεί την επεξεργασία βάσεων προκειμένου να διαμορφώνει θεραπείες για ευρύ πεδίο ασθενειών. Περιλαμβάνονται σ’ αυτές μεταβολές των τεσσάρων γραμμάτων του DNA σε κύτταρα του ανοσοποιητικού προκειμένου να μπορούν να επιτίθενται καλύτερα στην λευχαιμία, αλλά και ένα προϊόν που αντιμετωπίζει τις ίδιες ασθένειες με το Casgevy.

Η Beam θεωρεί ότι το δικό της φάρμακο επεξεργασίας βάσεων θα λειτουργεί καλύτερα από το CRISPR-Cas9 και θα παράγει αιμοσφαιρίνη σε υψηλότερα επίπεδα. Στοιχεία πρόσφατων κλινικών δοκιμών τεχνολογικών προϊόντων με επεξεργασία βάσεων σε ασθενείς αναφέρονται προς το τέλος της χρονιάς.

Prime editing

Στο πιο προωθημένο σύνορο των κλινικών δοκιμών βρίσκεται το λεγόμενο «prime editing», δηλαδή μια γονιδιακή τροποποίηση που χρησιμοποιεί εντομάση Cas9 μαζί με ειδικά διαμορφωμένο οδηγό RNA, που δεν περιορίζεται στο να βρίσκει την σωστή περιοχή του DNA, αλλά ταυτόχρονα φέρει μια μήτρα της επιθυμητής μετατροπής. Στην πρωτεϊνη CRISPR βρίσκεται επίσης συνημμένο ένα ένζυμο που ονομάζεται αντίστροφη μεταγραφάση. Η τελευταία αυτή «διαβάζει» την μήτρα RNA και προβαίνει στην σύνθεση της σωστής αλληλουχίας DNA στο σημείο όπου έχει γίνει η αποκοπή, με αποτέλεσμα να προκύπτει ένα επακριβώς τροποποιημένο γονίδιο.

Τον περασμένο Απρίλιο, ο μοριακός βιολόγος Ντέηβιντ Λιου του Χάρβαρντ ανέφερε στο «Χ» (πρώην Twitter) ότι δόθηκε έγκριση για πρώτη χρήση τροποποίησης με βάση prime editing σε ασθενή: η έγκριση δόθηκε μόλις 4,5 χρόνια μετά την δημοσίευση του πρώτου άρθρου για την εν λόγω τεχνολογία από το εργαστήριό του. Η εταιρεία βιοτεχνολογίας Prime Medicine της Μασαχουσέτης έχει ήδη ξεκινήσει κλινικές δοκιμές του φαρμάκου της PM359 για την θεραπεία της χρόνιας κοκκιωματώδους νόσου – μια θανατηφόρα πάθηση που περιορίζει την ικανότητα του αίματος να καταπολεμά τις μολύνσεις.

Η δυνατότητα της τροποποιητικής παρέμβασης σε μεγαλύτερα τμήματα του γονιδιώματος, δυνατότητα την οποία παρέχει η τεχνική του prime editing, καθιστά εφικτή την αντιμετώπιση ασθενειών όπου τα προβλήματα αφορούν μακρά διάρκεια – όπως η ασθένεια του Χάντινγκτον. Η ίδια όμως τεχνική μπορεί να βοηθήσει και για την άβολη οικονομική διάσταση που έχει η ίδια η θεραπεία των σπανίων ασθενειών. Αντί κανείς να παράγει ένα φάρμακο που παρεμβαίνει θεραπευτικά σε μια και μόνο μετάλλαξη ενός γονιδίου, θα μπορούσε να προχωρήσει σε διόρθωση των μεταλλάξεων πολλών ειδών με μια τροποποίηση. Η ευλυγισία αυτής της τεχνολογίας σημαίνει ότι – θεωρητικά τουλάχιστον – το prime editing θα καθιστούσε εφικτή την διόρθωση σχεδόν 90% των γενετικών προβλημάτων που προξενούν ασθένειες.

Η τεχνολογική πρόοδος στην δημιουργία εργαλείων για την τροποποίηση γονιδίων δεν έχει σταματήσει. Μια πρόσθετη μέθοδος, της «γέφυρας RNA», που ανακοινώθηκε με λεπτομέρειες στο περιοδικό Nature τον Ιούνιο, χρησιμοποιεί μια μορφή οδηγού RNA που αναγνωρίζει δυο τμήματα του DNA – το σημείο-στόχο και το νέο γονίδιο που πρέπει να εισαχθεί στην αλληλουχία. Η νέα αυτή τεχνική επιτρέπει την προσθήκη, την αφαίρεση ή την αντιστροφή μεγάλων τμημάτων του DNA.

Προκλήσεις

Όλες αυτές οι νέες τεχνολογίες έχουν να αντιμετωπίσουν τόσο τεχνικά εμπόδια, όσο και εμπόδια ασφαλείας στα χρόνια που έρχονται. Ένα μεγάλο ερώτημα είναι πώς οι θεραπείες θα κατευθύνονται στο σωστό μέρος του ανθρώπινου σώματος. Τα κύτταρα του αίματος, οι καρκίνοι, το συκώτι ή ο αμφιβληστροειδής του ματιού είναι μέρη εύκολα προσβάσιμα και με εύκολη την επέλευση τροποποιήσεων. Ο εγκέφαλος και οι πνεύμονες παρουσιάζουν μεγαλύτερες δυσχέρειες. Μια λύση για την αντιμετώπιση του προβλήματος της στοχευμένης απελευθέρωσης του φαρμάκου είναι εκείνη που προτείνεται από την Aera Therapeutics της Μασαχουσέτης:  πρόκειται για ένα καψίδιο, δηλαδή ένα νανοκύτταρο με περίβλημα πρωτεΐνης. Τα νανοκύτταρα αυτού του τύπου, που βασίζονται σε ανθρώπινες πρωτεΐνες, μπορεί να στοχεύουν διαφορετικούς κάθε φορά ιστούς αλλά και να μην προκαλούν ισχυρή αντίδραση από το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος.

Πάντως η μεγαλύτερη πρόκληση παραμένει ενδεχομένως οικονομική. Μέχρι τώρα η νέα γενιά γονιδιακών φαρμάκων είναι σοκαριστικά ακριβή – μια ένεση Hengenix, γονιδιακού φαρμάκου για την θεραπεία της αιμοφιλίας Β, κοστίζει 3,5 εκ. δολάρια – περίπου ένα εκατομμύριο περισσότερα κι από το Casgevy. Οι εταιρείες θεωρούν ότι δικαιούνται να χρεώνουν τόσο υψηλές τιμές όχι μόνο λόγω του κόστους ανάπτυξης και παραγωγής που έχουν τα φάρμακα αυτά, αλλά και επειδή προσφέρουν οφέλη δια βίου (μολονότι η διάρκεια της επενέργειας των φαρμάκων αυτού του τύπου δεν είναι ακόμη αποδεδειγμένη).

Υπάρχουν λόγοι που επιτρέπουν να ελπίζει κανείς ότι ένα τέτοιο κόστος μπορεί εν καιρώ να περιοριστεί. Ήδη, η εξασφάλιση θεραπείας για ασθένειες που πλήττουν μεγαλύτερα σύνολα ασθενών – παράδειγμα: οι καρδιοπάθειες – μπορεί να βοηθήσουν στον περιορισμό του κόστους. Τελικά-τελικά, πολλά εργαλεία τροποποίησης γονιδίων θα εξελιχθούν – αυτό πιστεύεται ευρύτερα – σε «πλατφόρμες» με τον πυρήνα της τεχνολογίας να παραμένει σταθερός, ενώ θα μεταβάλλονται μόνον οι οδηγίες για την αλλαγή γονιδίων που σχετίζονται με συγκεκριμένες ασθένειες. Κάτι τέτοιο θα περιόριζε και την ανάγκη για κλινικές δοκιμές για κάθε νέο φάρμακο.

Μέχρις ότου επιτευχθεί κάτι τέτοιο, πάντως οι εταιρείες μπορεί να αναγκασθούν να εγκαταλείψουν ακόμη και πολλά υποσχόμενες θεραπείες λόγω των όρων λειτουργίας της αγοράς. Πλην όμως, η γονιδιακή τροποποίηση κινείται τόσο γρήγορα, ώστε φαίνεται ότι το ερώτημα είναι πότε – και όχι αν – τα νέα αυτά φάρμακα θα ξεπεράσουν τα προβλήματά τους.

©The Economist. Μεταφράστηκε και δημοσιεύθηκε από την Economia Media Α.Ε., έπειτα από ειδική άδεια. Το πρωτότυπο αγγλικό κείμενο βρίσκεται στο www.economist.com