È stata fatta una dimostrazione di fattibilità, seppur molto limitata e ancora lontana dagli studi clinici, di un trattamento basato sull’editing genomico per la “malattia delle ossa di cristallo”
Oggi, 6 maggio, è la Giornata Mondiale dedicata all’osteogenesi imperfetta, una rara malattia genetiche causata dai geni che codificano il collagene di tipo I e che porta ad un’estrema fragilità delle ossa che sembrano rompersi come il cristallo. Uno studio sul modello murino della malattia ha visto come protagonista il sistema di editing Crispr-Cas9 che, trasportato alle cellule della linea osteoblastica tramite un vettore virale, ha indotto miglioramenti sulla formazione dell’osso, sulle deformità scheletriche e sulle fratture. Lo studio, recentemente pubblicato su Molecular Therapy Nucleic Acids da un gruppo di ricerca del UMass Chan Medical School (Stati Uniti), è la prima dimostrazione che l'editing genomico può correggere una mutazione del collagene negli osteoblasti e invertire i fenotipi scheletrici nei modelli animali.
Una singola mutazione che porta a fragilità ossea, fratture ricorrenti anche per traumi di lieve entità, displasia, incurvamento delle ossa lunghe, compressione delle vertebre, lassità di legamenti e articolazioni, dolore, crescita ritardata e altri sintomi extrascheletrici: questa è l’osteogenesi imperfetta. Malattia molto rara e grave, dalla prognosi complessa e con un impatto notevole sulla qualità della vita. Nella maggior parte dei casi è correlata a mutazioni dei geni COL1A1 e COL1A2, che codificano per il collagene di tipo I, la principale molecola del tessuto connettivo. COL1A2 è il bersaglio della strategia di editing genomico messa a punto dai ricercatori statunitensi, perché la formazione di un collagene sano e funzionale dovrebbe fermare – o quanto meno limitare – i danni dovuti alla malattia.
I modelli murini portatori della mutazione di interesse manifestano caratteristiche tipiche dell’osteogenesi imperfetta e la condizione è simile a quella dei pazienti, ovviamente le differenze tra gli organismi ci sono e non è detto che un trattamento che dà buoni risultati in un modello animale riuscirà poi a raggiungere altrettanti risultati nell’essere umano. È stato riportato che i topi con mutazione in COL1A2 alla nascita mostrano spesso emorragie nelle cavità articolari, fratture visibili nelle ossa lunghe e un aspetto da "polso cadente" dovuto alla sublussazione di una o entrambe le zampe anteriori con diversi gradi di gravità. All'età di 1 mese, in questi topi sono state riscontrate anche fratture spontanee, bassa massa ossea e deformità delle ossa lunghe, delle ossa pelviche e delle ossa del calcagno. Per tentare di correggere l’errore genetico, è stato preso in considerazione l’editing genomico in vivo (ovvero fornendo il sistema di editing direttamente nell’organismo e non modificando in laboratorio le cellule prelevate dal paziente) grazie all’utilizzo di vettori virali AAV per raggiungere gli osteoblasti. I ricercatori hanno testato tre diversi approcci, tutti basati su strategie di editing: la correzione genica mediante Crispr-Cas9 che prevede la cosiddetta “non-homologous end joining” (NHEJ), cioè la riparazione delle due estremità – tagliate da CRISPR – dai sistemi interni della cellula e in assenza di una sequenza stampo; la correzione genica con l’utilizzo di una sequenza stampo (chiamata homology-directed repair, HDR) mediante GeneRide; e la correzione genica mediata da HDR mediante la combinazione di Cripsr-Cas9 e GeneRide. Il GeneRide è un approccio innovativo di editing genomico che non prevede l’utilizzo delle nucleasi, cioè quegli enzimi in grado di tagliare la sequenza di DNA. Stando ai risultati riportati, è stata dimostrata una maggiore efficienza di correzione genica da parte di GeneRide da solo o della combinazione di Cripsr-Cas9 e GeneRide rispetto alla sola Cripsr-Cas9.
Ovviamente, come in tutte le somministrazioni in vivo con vettori AAV, il fegato è l’organo che risponde meglio, mentre muscoli e ossa hanno mostrato una modesta espressione. Per esaminare le capacità della somministrazione in vivo sono state fatte molteplici analisi che hanno tenuto in considerazione diversi parametri – deformità, fratture, massa ossea – e i risultati hanno confermato un miglioramento in termini di guarigione delle fratture, di aumento della massa ossea, un aumento della forza di presa e una riduzione delle deformità scheletriche. Per quanto riguarda la durata, nello studio è riportato un 10% di genomi modificati a 5 mesi dal trattamento, ma è necessario fare indagini più accurate e con tempistiche di controllo e registrazione dati molto più lunghe.
Questo studio è la prima dimostrazione che l'editing genomico veicolato da AAV corregge efficacemente una mutazione del collagene negli osteoblasti con osteogenesi imperfetta e inverte i fenotipi scheletrici nei topi modello per la malattia. L'editing mediato da CRISPR è permanente: un'opzione terapeutica altamente auspicabile per le malattie genetiche a insorgenza precoce, come la forma grave di osteogenesi imperfetta. Tuttavia, questo approccio – sia nella versione classica che GeneRide - presenta diverse limitazioni, tra cui le reazioni immunitarie, l’efficienza variabile, il rischio di agire fuori bersaglio e l'induzione di aberrazioni cromosomiche. Inoltre, prima di poter pensare di passare alla fase degli studi clinici negli esseri umani, vanno fatte le dovute analisi in merito a biodistribuzione, tossicità, dosaggi, efficacia terapeutica.
Si tratta solo di un piccolo studio preclinico di fattibilità, ma è evidente che CRISPR si sta ritagliando uno spazio anche nell’ambito della riparazione e della rigenerazione di ossa e cartilagini. In questo caso si tratta di una malattia genetica rara, ma l’idea è che l’editing genomico - se dovessero essere confermati i risultati - possa anche aiutare in altre condizioni cliniche. Un esempio è il caso delle fratture dovute all’età avanzata o all’osteoporosi, che faticano a ripararsi a causa della poca (o difettosa) attività delle cellule dell’osso. Andare ad agire localmente, ad esempio, su un gene che promuove l’attività di rigenerazione dell’osso potrebbe facilitare la guarigione (se ne parla in questa review).
Le vie che CRISPR può percorrere sono molteplici e lo stiamo vedendo: le recenti Autorizzazioni all’Immissione in Commercio per le emoglobinopatie, gli studi sulle malattie rare come la fenilchetonuria e l’amiloidosi ereditaria da transtiretina, sulle infezioni batteriche, su alcune forme tumorali, sulle malattie neurodegenerative. E ora entrano nel mirino dell’editing anche le malattie che colpiscono ossa e cartilagini.
