本文首次发布创新的基因组学研究所。

CRISPR临床试验:2021更新


在镰状细胞疾病(SCD)中,红细胞是畸形。他们的新月或“镰刀”形状使它们阻塞血管,减慢或停止血液流动。这导致突然,剧烈疼痛。并发症包括慢性疼痛,器官损伤,抚摸和贫血。在β中西血症中,患者不做足够的血红蛋白。这导致贫血和疲劳。在更严重的病例中,患者有器官损伤,尤其是肝脏,骨骼和心脏。这两种疾病都可能是致命的。
有一些治疗方法,但通常,患者仍然遭受严重的症状和疾病的并发症。患有更严重的SCD和Beta Thalassemia的患者需要频繁输血。骨髓移植可以治愈;但是,这只能在健康,匹配的捐赠者找到时完成。这不是大多数SCD或β的地中海贫血患者的选择。
用CRISPR技术治疗血液疾病的方法并不直接修复导致疾病的基因变体,但使用巧妙的解决方法:而不是直接固定致病突变,目标是增加水平胎儿血红蛋白。这是一种血红蛋白的一种形式,即胎儿在子宫内制造,但儿童和成年人都不做。它并不完全理解为什么人类从一种形式的血红蛋白转换为另一个形式,但胎儿血红蛋白可以在红细胞中取代成年血红蛋白的缺陷。这种治疗可用于治疗βThalassemia和SCD。
在SCD患者中,症状开始显示胎儿血红蛋白(HBF)水平降低后表现出来。信用:Crisprperperapeutics。
治疗的第一步是采集病人的血液 Cells with the potential to turn into a specialized type of cell or to divide to make more stem cells. Most cells in your body are differentiated – that is, their fate has already been decided and they cannot morph into a different kind of cell. For example, a cell in your brain cannot transform into a skin cell. Embryonic stem cells are found in developing embryos, while adult stem cells are found in tissues including bone marrow, blood, and fat. Adult stem cells replenish the body as it becomes damaged over time.
The entire DNA sequence of an organism or virus. The genome is essentially a huge set of instructions for making individual parts of a cell and directing how everything should run.
Intentionally altering the genetic code of a living organism. Can be done with ZFNs, TALENs, or CRISPR. These systems are used to create a double-strand break at a specific DNA site. When the cell repairs the break, the sequence is changed. Can be used to remove, change, or add DNA.
这种治疗方法被认为是exvivo基因组编辑,因为编辑发生在患者体外。前体内编辑保证基因组编辑工具仅与右侧目标电池接触。
2019年2月,研究人员在德国首次使用基于体外crispr的疗法治疗一种遗传病,治疗了一名地中海贫血患者。此后,又有12名患者接受了治疗,其中7人已被跟踪至少3个月。在治疗后的几个月里,没有一个病人需要输血。2019年7月,第一位SCD患者在田纳西州的纳什维尔接受了同样的治疗。这位病人,维多利亚·格雷,已经有了显著的进步。听到灰色自己。其他患者的早期结果也有望:
维多利亚灰色的例证由玛雅彼得斯·克朗特曼。
CRISPR治疗方法和顶点药物共同运行胎儿血红蛋白试验,并在美国,加拿大和欧洲招募患者。
即将到来的UCSF,UCLA和UC Berkeley的试验,包括IGI研究人员,正计划测试一种可直接修复导致SCD的突变的替代方法。
现在,关于治疗血液疾病的研究突飞猛进。制药和生物技术公司以及学术研究机构都在研究制药和基因疗法。我们还不知道哪种方法是最安全、最有效的,但患者肯定会从这些疾病领域不断增加的研究活动中受益。
维多利亚灰色和其他患者志愿者的初始结果非常令人鼓舞。我们期待其他试验参与者的更多详细结果,他希望减少类似的症状。灰色和其他患者的长期随访是至关重要的:如果治疗仍然有效,并且寻找潜在的副作用,以及来自不必要的潜在副作用或癌症的潜在副作用,它们将被跟踪。
“到目前为止的主要副作用来自所需的化疗,以擦除预先存在的骨髓细胞以使编辑细胞陷入植入。化疗是这些疗法的巨大限制因素,“梅根霍克斯特拉斯师范博士解释,博士学位,博士学位,博士学位,博士学位,博士学位,博士学位博士博士解释说,这是一位与Jennifer Doudna一起学习的CRISPR,现在是IGI教育计划经理。“如果你必须在医院住几周,因为你让你的骨髓烧蚀了化疗,这瘫痪了你的免疫系统,它的风险,昂贵,耗时。这是扩大它的巨大障碍,并使其可用广泛。如果有人发现一种直接提供治疗的方法,那么这是一个大障碍,没有骨髓消融。“
可扩展性——将治疗方法提供给许多需要它的人——将是一个主要的挑战,如果该疗法获得FDA的批准,这不仅是因为创建个性化产品和管理治疗方案的技术挑战,还因为成本。对体内方法的研究,可以消除化疗的需要,并减少相关的风险和费用,是在早期阶段,但将是那些工作的重点,使更广泛的可获得的crispr为基础的治疗血液病在未来几年。
癌症是指一组由不受控制的细胞生长引起的疾病。目前,基于crispr的治疗主要是为了治疗血液癌症就像白血病和淋巴瘤。中国的审判肺癌最近完成了。
细胞,一种对免疫系统反应必需的白细胞类型,被认为是安全或威胁的其他细胞的受体中。他们巡逻身体,杀死外国或危险细胞,或招募其他细胞以协助。在CAR-T免疫疗法,研究人员遗传工程师工程师的T细胞具有识别患者的癌细胞的受体,告诉T细胞攻击。免受调节免疫系统以避免攻击健康的细胞。一些T细胞受体作为“检查点”,确定是否发生免疫应答。当T细胞PD-1受体与称为分子接触时PD-L1在另一个细胞上,它传达了它是一个“安全”的细胞,而T细胞却单独离开它。
癌细胞通常在这些分子安全信号中覆盖,欺骗巡逻T细胞忽略它们。研究人员正在使用CRISPR来编辑T细胞中的PD-1基因,以阻止它们使功能性PD-1受体中的功能,因此不能被癌细胞欺骗。这种免疫疗法方法称为检查点抑制,并且通常与Car-T工程结合使用,以使T细胞消除癌症的可能性最大。
对于这些治疗,研究人员从患者的血液中收获T细胞,并在实验室中工程师。然后,他们将它们恢复到患者的血液中。因为这种处理依赖于离体编辑,所以很容易将基因组编辑工具递送到靶细胞。CAR-T治疗被批准用于2017年治疗血液癌症。
免疫疗法过程概述。信贷:帕克研究所。
了解更多关于CAR-T的信息:
2016年,一名肺癌患者成为世界上第一个接受CRISPR治疗的人:在中国的一项临床试验中,该患者被注射了经过PD-1编辑的T细胞。这项研究和美国一项使用crispr免疫疗法治疗癌症的临床试验已经完成。其他一些使用基于crispr的免疫疗法的临床试验,主要用于治疗血癌,正在进行中。
在中国研究中,四川西部医院的研究人员治疗了12名非小细胞肺癌患者,PD-1编辑T细胞。这种方法不包括Car-T,因为目前目前肺癌的选择。本研究的主要目标是测试治疗是否安全,具有可忍受的副作用,以及是否引发了危险的免疫反应。
2020年4月,试验结果是发表在自然医学。报告的调查结果包括:
第一种基于CRISPR的治疗试验在美国联合CAR-T和PD-1免疫疗法方法,使用CRISPR来编辑共有三种基因。这一阶段1学习,由宾夕法尼亚大学与帕克研究所一起营运,于2018年开始招募并完成2020年2月。像中国审判一样,目标是确定治疗是否安全,并且具有可接受的副作用,不治愈患者。治疗了两名患者患有先进白细胞癌(骨髓瘤)和转移性骨癌(肉瘤)的患者志愿者。报告的结果是:
总之,这些研究表明,CRISPR-engineered CAR-T治疗可能是一个有前途的治疗路线:它是安全的,副作用是可忍受的,并且治疗不会引起强烈的免疫反应。
任何治疗都没有提供治愈,但这些研究的目的只是看待治疗是安全的,应该进一步开发治疗,而不是治疗疾病。作为第一次尝试,这两项试验都符合表现出安全性和耐受性的目标。
“一个非常有趣的是美国的研究确实显示了大量的百分比基因组重排那人们害怕,“Hochstrasser说。“但随着时间的推移,这些变化的细胞百分比实际上减少了。它似乎有那种类型的突变的细胞被其他细胞染色或被其他细胞竞争。所以,似乎是你不想要在身体中的细胞实际上并没有在身体中粘在一起,这对我来说是一个惊喜,非常令人鼓舞。“
FDA已经批准了不使用基因组编辑的CAR-T疗法和PD-1途径抑制剂。这是一个乐观的理由:这些疗法的原理证明工作已经成功完成。
根据Hochstrasser,“编辑效率 - 意思是实际获得编辑的细胞的百分比 - 在任何一种试验中都不擅长。但这些试验是多年前批准的,并在2016年开始使用技术。从那时起,该技术就有许多进步。因此,它是围绕治疗的直接安全性和耐受性的重要概念证明,我们必须看看它们是否可以提高编辑效率。“
使用现在可用的更有效的技术,将编辑效率更高?凭借更高的编辑效率,遗传检查点抑制作用还是比检查点阻止药物更好?PD-1将比抗体治疗的编辑为或更有效地禁用PD-1?未来的研究必须回答这些问题。
眼睛中的光感受器细胞转化为前往大脑的神经信号。在LCA10中,光感受器基因中的突变是指细胞的缩短缺陷的关键蛋白质。这种有缺陷的蛋白质使得光感受器细胞功能障碍。LCA10患者可以接受眼睛的光,但功能障碍感光体细胞不能向大脑发送信息。没有眼睛和大脑之间的沟通,患者具有视力丧失或失明。
LCA10的CRISPR治疗对患者的错误感光体基因进行了变化,使其再次成为全尺寸,功能性蛋白,而不是短,破碎的版本。如果编辑足够的细胞以使健康蛋白质产生健康蛋白质,则预计患者将重新获得视力。
Delivering corrective DNA to human cells as a medical treatment. Certain diseases can be treated or even cured by adding a healthy DNA sequence into the genomes of particular cells. Scientists and doctors typically use a virus to shuttle genes into targeted cells or tissues, where the DNA is incorporated somewhere within the cells’ existing DNA. CRISPR genome editing is sometimes referred to as a gene therapy technique.
成功编辑后,光感受器细胞重新获得标准形状。信贷:editas医学。
这种方法与癌症和血液疾病的那些不同,因为它是体内处理,这意味着基因组编辑在患者体内发生。与evivo编辑相比,体内编辑有更多的挑战和不同的风险。最大的风险之一是病毒递送工具或基因组编辑组分将引发患者的危险免疫反应。另一个大挑战是确保Crispr
您可能会觉得娇小的思考在眼球附近的针,但眼睛实际上是体内编辑的理想器官。它很小,所以它只需要单剂量,小批量处理。眼睛有低免疫反应性比大多数组织,使得不太可能发生危险的免疫反应。因为眼睛相对含有,所以CRISPR组件不太可能前往体内的其他部位,因此在其他组织中有不需要的基因组编辑或免疫应答的风险较低。在具有相同突变的LCA小鼠模型的实验中,研究人员发现约10%的细胞显示所需的编辑 - 这被认为是获得视力改善所需的百分比。该治疗表明动物模型中有几个副作用,人类视网膜细胞的研究在具有相似序列的100多个位点显示出没有偏移的效应。请参阅临床前数据在这里。
这是第一个体内CRISPR治疗试验,这意味着CRISPR首次被用于编辑人体内的基因。由Editas Medicine赞助的这项研究的第一个患者志愿者于2020年3月接受了低剂量的治疗。第一个低剂量队列中所有患者的给药工作于2020年11月完成。预计不久将有一个中剂量组得到治疗。目前还没有公布结果。
研究人员需要密切关注患者,看看他们靶向的感光细胞以外的细胞是否受到影响,或者患者对治疗的免疫反应。其他主要研究问题包括:将有效编辑哪些细胞百分比?患者恢复愿景是否足够?
如果治疗有效,这将是第一次直接治疗遗传疾病的试验。传统的基因疗法,比如用于治疗严重联合免疫缺陷症的,通常被称为“泡泡男孩疾病。”通过添加一个额外的基因而不是修复有缺陷的基因。同样,首个基于crispr的SCD和地中海贫血治疗方法也不能修复最初的致病突变。这项试验的成功将是基因医学向前迈出的重要一步。
尿路感染在排尿时引起灼烧感,需要频繁排尿。除了不适,如果它们影响肾脏或细菌进入血液,就会变得危险。大多数都很容易用短疗程的抗生素治疗,但有时抗生素无效或感染持续复发。这被称为慢性UTI。
常见的噬菌体结构。信贷:IGI CC4的Christine Liu
噬菌体或噬菌体的噬菌体是攻击细菌的病毒。他们通常通过将遗传物质注入细菌并使用细菌作为工厂来制造更多的噬菌体来工作。最终,细菌会爆裂,尽管释放更多的噬菌体拷贝。正在开发噬菌体以防止细菌感染,并得到了最近更多地关注由于抗生素抗性已成为主要的公共卫生威胁。
在这种处理中,噬菌体已经设计成甚至是更强大的工具大肠杆菌。除了噬菌体杀死细菌的自然作用外,这些噬菌体的基因组中包含CRISPR-Cas3。当更著名的Cas9蛋白在单个位置进行精确切割时,Cas3则在它要寻找的基因区域撕碎DNA。在这种处理中,CRISPR-Cas3系统被用于靶向的基因组大肠杆菌并通过撕碎DNA片段来破坏它们。在对分离细胞的实验和动物实验中,添加CRISPR-Cas3使噬菌体的杀伤效率大大提高大肠杆菌。基因座生物科学计划在第1阶段试验中通过导管将治疗直接送到膀胱上,并计划为以后的阶段开发口腔或IV处理。
信贷:创新基因组学院。
这是使用基于CRISPR的治疗来治疗感染的第一次试验。它也是使用CAS3蛋白的第一次试验,该试验靶向更长的DNA延伸用于破坏,而不是CAS9,这使得在一个位置进行精确切割。
噬菌体被认为是可能的抗菌治疗,因为它们是大约100年前的第一次确定。在Penicillin等抗生素的发现之后的发现,以及专利噬菌体的难度,有限于噬菌体疗法的开发和测试。自从此,医生偶尔使用噬菌体被称为“富有同情心的治疗”。富有同情心的药物使用或富有同情心的治疗是当没有其他治疗时,使用未经批准的药物或治疗治疗严重病人作为最后的手段时。在过去的20年里,至少出版了至少25例富有同情心的噬菌体疗法的报告。一些病例索赔在治疗患者中取得成功,但报告使用不同的噬菌体不同的噬菌体对不同的条件 - 临床试验将有必要系统地评估噬菌体治疗的安全性和疗效。
由于对青霉素等传统抗生素的抗性成为主要的公共卫生威胁,因此对开发和测试噬菌体疗法越来越感兴趣。噬菌体可以在某种程度上优于有效的抗生素,因为每种噬菌体通常只杀死特定的细菌。因此,除了对健康细菌的破坏性抗生素的抗生素也是理想地具有靶向和精确的抗生素。除了使用CRISPR技术的创新外,该试验还具有重要意义,因为它是噬菌体疗法的最初少数良好控制的临床试验之一,首先将CRISPR系统与噬菌体疗法结合起来。
遗址生物科学于2019年底开始在美国招募患者志愿者,并于2021年2月完成了阶段1B审判。轨迹生物科学报道该试验结果支持新疗法的安全性和耐受性,没有药物相关的不良反应。你可以学到更多这是对福克生物科学公司的约瑟夫·尼克松的采访。
完成的试验是第一阶段,这意味着它主要是为了测试治疗是否安全,是否有可容忍的副作用,而不是治疗有多有效。然而,试验结果表明,该疗法可以降低大肠杆菌在感染患者的膀胱中。基因座生物科学计划向前举行阶段的人类疗效试验,但尚未公布约会。
CRISPR专家MEGAN HOCHSTRASSER对试验可能揭示的CAS3蛋白质有兴趣:“CAS3就像一个割草机犁过DNA并将其切割起来的割草机。另一方面,Cas9制作
遗传性的Transthyretin淀粉样蛋白症(HATTR)是由基因TTR中的单个DNA字母突变引起的致命疾病。
当TTR基因突变时,它使其折叠错误的方式。错误折叠的蛋白质粘在一起并形成丛集的团块淀粉样纤维,在一个名为的过程中淀粉样症状。蛋白质团块积聚在器官和组织中,干扰其正常功能。
attr首先会在早期或中间的成年期间影响患者。症状变化,但景气通常对神经系统和/或心脏产生严重影响。神经疼痛,运动控制丧失,消化问题,视力丧失,痴呆和心力衰竭都是常见的。对神经系统和/或心脏的影响最终杀死患者。
Credit:本顿张for IGI。
attr通常会自发地发生,但对于一些患者,突变的基因被父母从父母身上掉了下来。这导致遗传attr,或哈特特。Hattr是一种罕见的疾病,影响了全球约5万人。
通常,遗传形式的神经系统疾病比自发的病例更好地理解,因为它们更容易学习。attr有相同的涉及蛋白质错误折叠和淀粉样病症,包括阿尔茨海默和帕金森病的疾病。
这种处理使用CRISPR-CAS9工具来减少体内的故障TTR蛋白的量。减少故障的TTR意味着少的形成和积累蛋白质团块(淀粉样蛋白症)。治疗通过IV以单一剂量递送。
hATTR治疗的目的不是修复基因,而是修复休息该基因使患者能够完全停止使蛋白质有缺陷。CRISPR组件切割TTR基因,在DNA中产生双链断裂。随着细胞试图在没有矫正模板的情况下修复DNA,修复尝试甚至突变基因更多的。当基因损坏过度严重时,细胞将停止使蛋白质代码。
将CRISPR组件变为细胞是体内基因组编辑疗法的主要障碍。许多在开发中的治疗方法使用病毒来提供基因组编辑组分。这将是在脂质纳米粒子中递送的CRISPR-CAS9治疗的第一个临床试验。脂质或脂肪分子围绕基因编辑组分,并能够进入细胞。
在动物模型中,脂质纳米颗粒倾向于在肝脏中积聚。TTR主要是在肝脏中制造的,因此研究人员正在利用这种倾向,自然地使治疗到所需的位置。请参阅临床前数据在这里。
这是使用脂质纳米颗粒提供基因组编辑处理的第一次试验。它也是第一次在系统性地递送基因组编辑组分的试验,意思是整个身体而不是一种特定类型的细胞或组织。
该试验由Intellia Therapeutics与Regeneron Pharmaceutical一起赞助。第一个患者于2020年11月在英国服用。现在,在英国正在招募更多患有神经症状的患者 - 志愿者,希望能够扩展到其他国家。研究人员计划在试验的第一部分注册高达38名与神经系统症状的参与者,然后扩展以注册患有心脏症状的额外患者。
这是第一种实验CRISPR治疗,用于系统性地施用以编辑人体内的基因。其他治疗编辑身体外的特定细胞类型,然后在编辑后将它们重新放入(比如血液疾病和癌症的治疗)或将基因组编辑疗法递送到自含量器官(如遗传失明和慢性UTI的处理)。这些策略有助于确保仅在感兴趣的细胞或组织中发生编辑。
关于基因组编辑疗法的一个长期担忧是脱靶效应:基因组编辑组件做出的错误编辑。这在由病毒提供的CRISPR治疗中尤其令人担忧,因为基因组编辑组件可能会在细胞中存留很长时间,使它们有更多的机会产生编辑错误。避免系统性交付有助于降低整体风险。
在这一审判中,交付是系统性的,这可能导致偏离目标的风险很大,因为暴露了更多的组织。然而,暴露风险被降低,因为1)脂质纳米颗粒倾向于在肝脏中聚集,这是该疾病的感兴趣的组织,2)没有用于递送基因组编辑组分的病毒。在脂质纳米颗粒递送的Hattr治疗的动物模型中,基因组编辑组分在不到一周内从体内清除,大大减少了偏离目标效果的可能性。编辑试剂的全身施用也构成了引发潜在危险的免疫反应的风险。医生将密切关注这些反应的患者志愿者。
效率 - 意思是编辑的细胞百分比 - 是一个大问题。在非人的灵长类动物中,只需要编辑35或40%的肝细胞以减少足够的TTR水平以进行治疗益处。研究人员需要密切关注患者,看看有效编辑的肝细胞百分比,看到有益的百分比是必要的。
“这将是对脂质纳米颗粒的评论,以及他们如何编辑肝脏,”Igi Crisp专家梅根霍克斯特拉斯说。这可能是一种情况,我们实际上不需要一个非常高的细胞,以便开始观察患者的积极效益,这将是伟大的。“
在一起,这些Crispr临床试验正在帮助科学家了解这些类型DNA变化CRISPR酶在不同的细胞中制造,包括不需要的偏离目标变化和有问题的目标变化;免疫系统对CRISPR-CAS工具做出反应的方式;以及不同的送货方式如何工作。这些试验并不是对CASPR的重大考验,但如何好吧它做了它的所作所为。
在去年,一直令人鼓舞的新闻:维多利亚·雷达和其他人似乎在功能上治愈了镰状细胞疾病或β炎血症,并且编辑的细胞已经在骨髓中占据了居住,表明持久治愈的潜力。癌症治疗的试验处于早期阶段,但治疗的安全性和耐受性看起来很有希望以更新的编辑技术向前移动。今年启动的新试验扩大了CRISPR应用和交付方法的范围。
试验之间的编辑效率变化,其中最近效率更高。技术的差异 - 较新的CRISPR工具更有效 - 和交付方法占这些差异的账户。研究人员继续开发新的CRISPR编辑,并扩大交付方案,旨在提高效率。
这些研究表明对细胞的不必要的编辑,包括脱离目标效果。在短期内,他们似乎没有造成麻烦。但是不需要的DNA会改变对患者的有意义的影响,或者给予更大的队列时?潜在的副作用如何与正在治疗的疾病的严重程度相比?患者 - 志愿者将不得不遵循未来几年,以便更完全了解这些治疗的安全概况。
我们开始在慢性UTI和HATTR的试验中查看更多的体内编辑,突出的研究表明,在未来的几年里,更多将进入。Hattr治疗脱颖而出,作为系统性施用的第一个治疗:其他体内处理将直接递送至特定的,含有的器官,或细胞在体外编辑,然后返回患者。基因组编辑组件的系统引入是一个大进步,我们将密切关注这一点。
目前的CRISPR临床试验有什么共同之处是更容易的交付选择。获得他们需要的治疗,并且只有他们需要的地方,是基于Crispr的疗法的最大挑战之一。到目前为止,试验开始依靠方便的交付解决方案,但随着交付改善的选择,选择的菜单将显着扩展
虽然目前的CRISPR临床试验令人兴奋,但他们依靠对CRISPR-CAS酶很容易的DNA进行编辑 - 它们并不是真正的CRISPR技术本身可以做的重大测试。就理解进一步达到CRISPR的潜力而言,我们将从未来的里程碑中学习很多:
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感谢Bruce Conklin,Luke Gilbert,Megan Hochstrasser,以及Vivek Mutalik为本文的事实检查部分。