Prime editing - En framtida behandling för kortikal myoklonus?

Idag är min gäst Sabine Fuchs, professor i metabola sjukdomar och innovativa terapier vid universitetssjukhuset i Utrecht, Nederländerna, för att diskutera ämnet och redigera en framtida behandling för kortikal myoklonus. Professor Sabine Fuchs är barnläkare utbildad i Utrecht där hon också specialiserat sig på metabola sjukdomar.

Vid sidan av sitt kliniska arbete har hon varit djupt engagerad i forskning och har en tjänst vid regenerativ medicin vid Utrecht. Hennes forskning fokuserar på [00:01:00] metabola sjukdomar i stort med särskild tonvikt på att utveckla behandlingar med hjälp av ny teknik som precis genredigering för att behandla olika sjukdomar.

Hon arbetar också med att anpassa behandlingar genom patienters härledda cell- och organoidmodeller. Sabine, tack så mycket för att du är med mig idag och jag är väldigt angelägen om att lära mig av dig. Låt oss börja med frågan. Vad är Prime Editing?

Professor Sabine Fuchs: Tack så mycket för att ni bjöd in mig hit. Det är ett nöje att vara här. Och prime editing är en av de precisa genredigeringsteknikerna. Så det är en teknik baserad på CRISPR-Cas-tekniken som ni kanske känner till, vilken är baserad på mycket exakta snitt i DNA:t och med CRISPR-Cas. Ursprungligen gjorde man dubbelsträngade snitt, så man klippte verkligen upp båda DNA-strängarna helt och de nyare versionerna. Så [00:02:00] basredigering och prime editing är versioner där de använder ett inaktiverat cas-enzym som bara skär upp en av DNA-strängarna och det gör det till en mycket säkrare teknik. Och sedan fusioneras detta cas-enzym med ett annat enzym för att ändra baser i basredigering eller för att skriva om baser i prime editing.

Så prime editing är en mycket mångsidig och säker, exakt genredigeringsteknik som låter dig ändra flera baser i DNA:t samtidigt.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej, och du säger att det är en säkrare teknik. Vad menar du med det?

Professor Sabine Fuchs: Så när man använder det konventionella CRISPR-Cas-systemet gör det dubbelsträngat DNA-brott och cellerna gillar det inte när deras DNA är trasigt. Så de försöker omedelbart reparera det. Och vanligtvis använder de icke-homolog enjoining, och det är en mycket oprecis teknik där DNA:t bara klistras ihop.

Och det är en ganska slarvig teknik [00:03:00] där man kan infoga ytterligare nukleotider eller ta bort delar av DNA:t, vilket anses osäkert eller åtminstone inte särskilt exakt och kontrollerbart. Genom att bara göra ett snitt i en av DNA-strängarna är det en mycket säkrare procedur, så man redigerar bara det DNA man vill redigera på det sätt man vill.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej. Och den här primära redigeringen, sedan när har den tillämpats? Används den redan på patienter?

Professor Sabine Fuchs: Nej, så vitt jag vet har det aldrig använts i kliniska prövningar hittills. Vi hör löftet. Att till exempel Prime Medicine snart ska lansera den första studien, och FDA har godkänt användning i mänskliga prövningar, så det är på gång. Och det finns några mycket lovande resultat i djurmodeller.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej. Och vilka typer av sjukdomar är detta lämpligt för? Är det lämpligt för alla genetiska sjukdomar? Kan du säga något om det?

Professor Sabine Fuchs: Ja, så [00:04:00] i princip kan tekniken tillämpas på nästan vilken mutation som helst, så det skulle involvera alla genetiska sjukdomar. Men det största hindret just nu är att uppnå effektiv redigering i tillräckligt många celler i det organ som man vill redigera. Och det medför att det finns en delmängd av sjukdomar som är lättare att redigera.

Så för närvarande fokuserar den mesta forskningen på hematopoetiska stamceller – benmärgsstamceller – eftersom man kan redigera dem utanför kroppen och sedan ge tillbaka autologa genkorrigerade celler genom benmärgstransplantation. Men man kan också rikta in sig på levern ganska effektivt eftersom teknikerna för att leverera de primära editorerna till de olika organen in vivo – de ackumuleras naturligt i levern.

Så levern, om du har en leverdominant genetisk sjukdom, som återigen till exempel kan behandlas med levertransplantation, är det sjukdomar som är [00:05:00] mycket lämpade för behandling med genredigeringstekniker. Och ögat är också ett organ som är relativt lätt att rikta in sig på eftersom man bara kan närma sig det lokalt och man kan uppnå relativt höga doser av genredigerarna i ett mycket lokaliserat område.

Så det här är de lågt hängande frukterna eller de organ som först riktas in. Men det pågår mycket forskning för att försöka rikta in sig på andra organ som till exempel hjärnan eller andra delar av det centrala nervsystemet, vilket är särskilt intressant för dig, tror jag, men också för många metabola sjukdomar.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Ja. Och för att vi kom i kontakt. Vi känner varandra ett tag, men vi kom i kontakt enligt forskning när du deltog i mötet där vi diskuterade GOSR2, den progressiva myoklonusepilepsien vid Nordsjön. Och sedan sa du att jag är ivrig att försöka, om jag kan göra något för den här gruppen.

[00:06:00] Kan du säga något om det?

Professor Sabine Fuchs: Ja, det var ett mycket imponerande möte tyckte jag, där det också var en mamma som berättade om sitt barn som försämrades, men i långsam takt. Och den intellektuella funktionen hos denna patient var relativt bevarad. Och det finns en annan mycket viktig sak, det är att nästan alla patienter bär på samma mutation antingen i homozygot eller heterozygot form.

Men det betyder att om vi kunde hitta en behandling för just den här mutationen, skulle vi kunna behandla hela den holländska befolkningen som är drabbad av sjukdomen. Det var därför jag trodde att det kom ett rop av förtvivlan från den här mamman. Vi måste göra något för våra patienter. Och jag tänkte att vi åtminstone kan prova.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Ja. Och det resulterade i finansieringsmöjligheter. Så det var bra. Men genom att säga hur svårt är det att få det genom blod-hjärnbarriären? Hur ser du på det? Kan du säga något om det?

Professor Sabine Fuchs: Ja, så [00:07:00] det finns olika hinder som vi måste ta oss an. Först och främst måste man korrigera mutationen in vitro. Det är det första steget. Och jag trodde när vi gjorde våra första experiment med primär redigering att vi kunde redigera nästan vilken mutation som helst med hög effektivitet. Men nu när vi arbetar mer och mer med detta inser jag att vissa mutationer är lättare att korrigera än andra.

Men det sker mycket tekniska framsteg där också. Så jag tror att det i slutändan inte kommer att vara det största hindret, men det är något vi arbetar med nu för att försöka korrigera det så effektivt som möjligt i labbet och så exakt som möjligt. Men nästa hinder är att få in det i hjärncellerna i tillräckliga koncentrationer och även i rätt hjärnceller.

Att passera blod-hjärnbarriären är naturligtvis ett av de hinder vi kan möta å andra sidan eftersom vi tror att det är en engångsbehandling. Så en behandling man bara behöver ge en gång. Jag kan tänka mig att vi också kan [00:08:00] injicera behandlingen, till exempel intratekalt, alltså direkt i cerebrospinalvätskan så att vi inte behöver passera blod-hjärnbarriären med vår leveransstrategi.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej, så det du säger tycker jag är viktigt. Är att man bara behöver göra det en gång.

Professor Sabine Fuchs: Det är vad vi förväntar oss nu. Vi korrigerar verkligen DNA:t. Så när det väl är korrigerat kommer det inte att återgå eller förändras bakåt. Och det kommer att ges till de andra cellerna. Så det är något, när det väl är uppnått, så stannar det där.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej. Kan du säga något om risk, för det låter också lite skrämmande att du säger att man en gång måste förändras och sedan händer det. Finns det något känt om eventuella risker med dessa terapier?

Professor Sabine Fuchs: Så den strategi vi använder för att leverera genredigerarna, det är vad vi för närvarande mest utforskar, är att ge genredigeraren mRNA inkapslat i lipid-nanopartiklar. Det är den tekniken som användes till exempel i covidvaccinerna, och de har tillämpats över hela världen och har visat sig vara säkra.

Så leveranstekniken verkar vara säker och strategin vi använder för mRNA innebär att den primära editorn bara kommer att vara aktiv under en kort tid eftersom mRNA bryts ner och proteinet, när det väl producerats, kommer också att brytas ner efter timmar eller dagar. Det betyder alltså att man inte har en aktiv primär editor i kroppen resten av livet, vilket skulle skrämma mig åtminstone.

Och det är en av strategierna. Den andra strategin är också ett transient leveranssystem där man ger huvudredigeraren direkt som ett protein i partiklar. Så det är också ett kort uttryck. Det betyder att leveransmetoderna, tror jag, per definition är ganska säkra. Sedan finns det en poäng med genredigering, naturligtvis, vilket gör permanenta förändringar i DNA:t.

Och om du bara gör det du vill göra, [00:10:00] så antar jag att det är säkert, men du riskerar alltid att också infoga ändringar som du inte vill ändra. Så det finns två typer av oönskade effekter du kan ha på målet, oönskade effekter, biverkningar. Så det händer ofta med basredigering, till exempel, eftersom det är bara en basredigerare som kan ändra en viss bas, men den kommer att ändra alla baser i redigeringsfönstret.

Och det är ibland grunden till att man inte vill redigera. För primär redigering är det mer precist i den meningen att man transkriberar transkriptet. Att man integrerar det i DNA:t. Även om det har rapporterats att man ibland också i slutet av mallarna för omvänt transkriptas kan lägga till en eller två eller flera av de nukleotider som man inte vill integrera i DNA:t.

Dessa procentsatser är mycket låga, men vi måste fortfarande undersöka om det är tillräckligt lågt för att det ska vara säkert att tillämpa detta direkt in vivo. Och sedan finns det [00:11:00] resultat utanför målet. Hittills har vi gjort en mycket bred mutationsanalys med helgenomsekvensering för att se om det finns specifika mönster som vi hittar i genomet efter genredigering.

Och vi har inte hittat någon specifik mutationssignatur hittills. Men det är förstås en begränsad datamängd. Så vi har testat i ett antal primärt redigerade celler, men man är aldrig helt säker på att det inte kommer att hända i en annan cell.

Så det måste verkligen ses i kliniska prövningar, hur säkert det är.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Och finns det en väg att starta en klinisk prövning, du sa att det fanns en, eller hur? Men inte från ditt laboratorium, men där fick du idén. Det var en som började.

Professor Sabine Fuchs: Ja, med basredigering har det gjorts några kliniska prövningar och några kliniskt positiva effekter. Även med dessa kortsiktiga leveransstrategier. Så även i Nederländerna finns det en patient med ärftligt angioödem som har behandlats i Amsterdam. Med basredigering ges det som mRNA i [00:12:00] lipidnanopartiklar i levern.

Och det har varit väldigt framgångsrikt och säkert hittills. Så det är väldigt uppmuntrande, tror jag, för Prime Editing. Prime Medicine, som är företaget grundat av David Liu, som uppfann Prime Editing vid Harvard och MIT. De har presenterat resultat på konferenser där de redan gör försök på icke-mänskliga primater, vilket var mycket framgångsrikt.

Så jag tror att de är på väg att starta en klinisk prövning, men jag vet inte exakt när.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej. Och åter till den progressiva myokloniska epilepsien eller ataxi med Gosar-mutationen två. Jag förstod mycket väl att det hjälper mycket, att det finns en grundläggande mutation som alla patienter har likadan, annars måste man göra det igen för varje mutation, typ på ett personligt sätt.

Professor Sabine Fuchs: Ja, jag ser det som en plattformsteknologi. Många av elementen kan användas för vilken behandling som helst. Den primära [00:13:00] editorn, leveransvehiklarna, är likadana för alla. Bara den mycket specifika guiden, RNA, som guidar dig till den exakta mutationen och även inkluderar mallen för omvänt transkriptas för att koda den exakta DNA-sekvensen som du vill introducera. Dessa måste anpassas till varje enskild mutation.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej. Och som vi pratar om i Movement Disorder Society, finns det definitivt andra sjukdomar också, men jag är väldigt engagerad i myokloniska sjukdomar, särskilt denna, kortikala myoklonier, som i GOSR2. Men när jag hör dig rätt, förväntar du dig att detta också kan vara effektivt vid andra genetiska kortikala myoklonier.

Är det rätt?

Professor Sabine Fuchs: Absolut.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Ja. Så det är verkligen en väldigt spännande period. Och när gör du, och det här, jag vet att det är en väldigt svår fråga, men vad förväntar du dig av tidslinjen för detta? Med den kortikala [00:14:00] myoklonusen i GOSR2.

Professor Sabine Fuchs: Ja, jag är alltid väldigt motvillig till att nämna ett årtal eftersom jag har upplevt i forskning att saker ibland går mycket snabbare än man hade förväntat sig, men oftare går saker långsammare än man hade önskat eller förväntat sig. Men jag tror att framstegen inom gentekniken är exempellösa.

Just nu finns det enormt mycket forskning även inom området leverans. Vi kan även leverera genetiska terapier via virala vektorer. Jag är inte så förtjust i det när det gäller genredigeringstekniker, eftersom man då har en konstitutivt aktiv genredigerare i kroppen. Men det här är sätt att kanske prova dessa terapier, åtminstone i djurmodeller, och testa dem. Jag tror att vi kommer att vara ganska snabba med de tre första organen som jag nämnde. Så för benmärgen, levern och ögat förutser jag de första kliniska prövningarna inom de kommande [00:15:00] två, tre åren. Hjärnan eller andra delar av det centrala nervsystemet. Jag antar att det kommer att ta längre tid. Men jag hoppas vara där om 5 till 10 år.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Okej. Det låter fortfarande väldigt spännande, eller hur? Och vi måste ha tålamod eftersom vi måste ha rätt sätt att använda det, eller hur? Så om det tar 10 år är det fortfarande väldigt spännande och något att se fram emot. Bara en sista fråga. Finns det etiska problem kring denna redigering av generna?

Står du över det eller kan du säga något om det?

Professor Sabine Fuchs: Jag tror att all ny teknik, som i slutändan kan ha så stort inflytande, kommer med etiska diskussioner. Så jag tror att det naturligtvis finns etiska frågor, inte bara om vi får ändra DNA:t? Kan vi hacka evolutionen? Utan också om vilka patienter vi ska behandla? [00:16:00]

När kan vi göra bänken från sängen till sängkanten? Hur möjliggör vi till exempel rättvis finansiering av dessa behandlingar och hur kan vi involvera så många patienter som möjligt och inte bara rika patienter som av en slump besöker vårt sjukhus. 

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Ja. 

Professor Sabine Fuchs: Så det finns många etiska frågor, tror jag, och vi utför parallell etisk forskning samtidigt som vi utvecklar dessa terapier eftersom jag tycker att det är oerhört viktigt att göra detta på ett moraliskt sunt sätt.

Prof. Marina de Koning-Tijssen: Sabine, tack så mycket för att du ger oss så mycket insikt i den här nya redigeringen. Jag tycker det är väldigt spännande och det klargjorde mycket för mig och jag hoppas också för de som lyssnar på podden. Så jag vill tacka dig så mycket och jag tror att vi nu närmar oss slutet av det sista avsnittet av MDS-specialserien om myoklonus och jag tror att detta är ett mycket hoppfullt slut där vi hoppas att vi med [00:17:00] dina ord om 10 år kan ha tagit ett stort steg framåt. Tack så mycket.

Professor Sabine Fuchs: Tack så mycket. Det var ett nöje.