Mentre il creatore di “CRISPR children” si avvicina al rilascio dalla prigione, a che punto si trova l’editing degli embrioni? | Scienza

Il biofisico He Jiankui, dopo aver scontato una condanna a 3 anni per aver creato i primi bambini geneticamente modificati, potrebbe essere rilasciato questa settimana da una prigione cinese, Scienza Ha imparato. L’uso in gran parte segreto dell’editore del genoma CRISPR per alterare il DNA degli embrioni umani e impiantarli in due donne ha portato a tre nascite, suscitando indignazione etica e timori per la salute dei bambini (di cui si sa poco). Tuttavia, non ha posto fine alla ricerca di base sull’editing di embrioni umani.

La risposta all’annuncio di He’s November 2018 è stata “severa e vibrante”, afferma Fyodor Urnov, che studia l’editing del genoma basato su CRISPR presso l’Università della California, a Berkeley. Per ora, Urnov non vede alcuna circostanza che giustifichi gli sforzi per modificare geneticamente i bambini. Ma sostiene fermamente l’uso di CRISPR per correggere le mutazioni che causano malattie dopo la nascita, senza causare modifiche ereditabili al genoma umano, e si rammarica che “abbiamo versato un barattolo di catrame sull’editing genetico”. E Urnov e altri credono che, usato in modo responsabile e sicuro, l’editing potrebbe alla fine rivelarsi un potente strumento per gli embrioni contro le malattie in rare circostanze. Negli studi di laboratorio, continuano a esplorare possibili strade e molti ostacoli.

I lavori sono proseguiti con scarso preavviso. “La pandemia ha spinto questo argomento fuori dall’attenzione primaria delle persone”, afferma Alta Charo, bioeticista e avvocato emerito presso l’Università del Wisconsin, Madison, che osserva che le misure di supervisione volte a fermare esperimenti canaglia come lui si sono bloccate, inclusa una proposta globale registro della ricerca preclinica sull’editing del genoma ereditario.

Questo tipo di registro potrebbe aver rilevato uno studio riportato la scorsa settimana in cui un team di ricerca che lavora con embrioni umani in eccedenza provenienti da cliniche di fecondazione in vitro (IVF) ha mostrato come CRISPR potrebbe liberare un ovulo appena fecondato da una copia extra di un cromosoma, un problema che può portare alla sindrome di Down e ad altre condizioni mediche. Altri gruppi stanno esplorando come introdurre cambiamenti genetici ereditabili tramite sperma o uova umane. Ci sono “molte persone che spingono i confini” a questo proposito, dice Robin Lovell-Badge, un genetista dello sviluppo presso il Francis Crick Institute, anche se pochi pensano che il lavoro sia pronto per la clinica. “Stiamo ancora aspettando strumenti migliori”, afferma il biologo dello sviluppo Shoukhrat Mitalipov della Oregon Health & Science University.

Le preoccupazioni originali sui bambini firmati erano incentrate sulla sciatteria di CRISPR. L’enzima di taglio del DNA, che è uno dei suoi due componenti, taglia i punti non intenzionali e, anche se il taglio è sul bersaglio, l’attrezzatura di riparazione genica della cellula può rimescolare il DNA adiacente inserendo o eliminando basi, creando potenzialmente nuovi danni. In effetti, uno studio su embrioni umani alterati da CRISPR ha rilevato che il 16% aveva questi “risultati di modifica non intenzionali” sul DNA mirato, un gruppo guidato da Kathy Niakan del Crick ha riportato l’anno scorso nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

Lo screening genetico degli embrioni IVF modificati potrebbe non rilevare questi errori. Sebbene il CRISPR venga introdotto subito dopo la fecondazione, allo stadio unicellulare la sua azione non è necessariamente immediata. “La modifica può verificarsi nella fase a due o quattro cellule, quindi non tutte le cellule sono identiche”, afferma Lovell-Badge, un fenomeno chiamato mosaicismo. Sia le cellule erroneamente alterate che quelle inalterate possono facilmente passare inosservate perché un embrione viene sottoposto a screening prelevando un campione delle sue cellule nella fase di 5 giorni, quando contiene circa 100 cellule. “Se hai del mosaicismo, allora non sai cosa hai nel resto dell’embrione”, dice Lovell-Badge.

Il ricercatore sulle cellule staminali Dietrich Egli della Columbia University spera di trovare un modo per avviare e fermare il CRISPR allo stadio unicellulare dell’embrione, prevenendo il mosaicismo. Nel frattempo, il suo gruppo ha trovato un tipo specifico di modifica CRISPR per un embrione che riduce notevolmente il rischio di modifiche non intenzionali del DNA.

Una delle anomalie più comuni riscontrate quando le cliniche di fecondazione in vitro esaminano gli embrioni, in particolare quelli realizzati con ovuli di persone anziane, è la presenza di una o tre copie di determinati cromosomi anziché dei due normali. In un preprint pubblicato su bioRxiv il 10 marzo, il gruppo di Egli ha dimostrato una strategia per la trisomia, un terzo cromosoma errante. Gli scienziati hanno dimostrato che potrebbero prendere di mira una copia extra del cromosoma paterno o materno con un taglio CRISPR in corrispondenza o vicino al suo centromero, la struttura della proteina del DNA che tiene insieme le diverse braccia di un cromosoma. Il cromosoma in più si sfalda durante la divisione cellulare. In teoria, modifiche involontarie all’interno o all’esterno del bersaglio non avrebbero importanza perché CRISPR, in effetti, distruggerebbe l’intera sequenza di DNA.

Il mosaicismo potrebbe ancora essere un problema se CRISPR non corregge la trisomia in tutte le cellule in un embrione precoce, ma Egli osserva che quando tali embrioni hanno un mix di cellule con cromosomi normali e anormali, un “meccanismo di salvataggio” naturale sembra di solito eliminare le cellule anormali. “Ci sono ancora molti ostacoli”, sottolinea. “Avremmo potuto dare a questo un titolo diverso, ‘Correzione della trisomia 16 nell’embrione umano’, e avremmo potuto creare più buzz e articoli di notizie, ma non pensavamo fosse appropriato perché trasmette che lo farai questo clinicamente domani, il che non è assolutamente il caso.

Uno degli embrioni umani su cui l’editor del genoma CRISPR è stato utilizzato per distruggere un cromosoma in piùJenna Turocy

I ricercatori che studiano CRISPR negli embrioni umani devono affrontare ostacoli al di là della scienza. Negli Stati Uniti, il Congresso vieta il finanziamento governativo della ricerca con embrioni umani, costringendo Egli, Mitalipov e altri a fare affidamento su fondazioni, istituzioni accademiche o aziende. La legislazione impedisce anche alla Food and Drug Administration statunitense di valutare anche le terapie che modificano gli embrioni umani.

La modifica del DNA delle cellule precursori dell’uovo o dello sperma può evitare alcuni di questi ostacoli. Risolve anche quello che Kyle Orwig, un biologo riproduttivo dell’Università di Pittsburgh, chiama “un problema di numeri”. Anche nelle migliori circostanze, le cliniche di fecondazione in vitro potevano solo creare, modificare e testare un piccolo numero di embrioni per una data coppia, dando loro poche possibilità di farlo bene.

Modificare le cellule che danno origine allo sperma potrebbe aumentare le probabilità. I ricercatori hanno già rimosso queste cellule staminali spermatogoniali dai topi e ne hanno coltivate milioni in coltura. Ciò consente un rigoroso controllo di qualità delle modifiche CRISPR: gli scienziati possono selezionare le cellule staminali che hanno la modifica corretta, senza modifiche involontarie del DNA, e clonarle in massa, verificando nuovamente la presenza di errori. Quindi, possono trapiantare quelle cellule nei testicoli dove dovrebbero produrre spermatozoi maturi, dice Orwig. In effetti, i roditori con cellule staminali spermatiche modificate sono stati utilizzati per creare prole con una modifica del DNA desiderata.

Trasformare quella ricerca di base in un modo per aiutare i potenziali genitori non sarà facile. “La barriera è che non sappiamo ancora come mantenere le cellule staminali spermatogoniali umane in coltura”, afferma Orwig. Il suo team sta esplorando un percorso diverso per creare cellule staminali spermatiche modificate: “riprogrammare” le cellule umane adulte in uno stato di cellule staminali e cercare di convincerle in parte lungo il percorso che crea lo sperma. Altri gruppi sperano che le cellule adulte riprogrammate possano un giorno produrre uova umane, che potrebbero quindi essere alterate in gran numero.

Scoraggiante, nei topi, le cellule staminali spermatogoniali sopravvivono solo se inserite negli animali appena nati, il che non è un’opzione realistica per gli esseri umani. Come primo passo per esplorare se lo schema potrebbe funzionare nelle persone, il team di Orwig sta ora reclutando uomini che sono diventati sterili a causa del trattamento del cancro e avevano tessuto testicolare o cellule congelate prima della chemioterapia o della radioterapia. Il team prevede di isolare le cellule staminali spermatogoniali dal tessuto scongelato e quindi di iniettarle, non modificate, nel testicolo del proprietario per vedere se questo produce spermatozoi vitali.

I 3 anni trascorsi da quando è andato in prigione hanno visto barlumi di progresso nell’editing del genoma umano ereditabile, ma molti scienziati affermano che la maggiore consapevolezza delle carenze del CRISPR ha sottolineato l’incoscienza del trapianto di embrioni modificati con la tecnologia oggi disponibile. Un’eccezione è il genetista russo Denis Rebrikov, uno dei pochi scienziati dopo lo scandalo He a sostenere apertamente l’impianto di embrioni modificati nelle persone. “Abbiamo fatto molti esperimenti di convalida e ora siamo fiduciosi di poter passare a un uso clinico reale”, afferma Rebrikov.

Lovell-Badge parla per la maggior parte dei ricercatori quando afferma che tale fiducia è ingiustificata. Attenersi al lavoro di laboratorio sull’editing degli embrioni per ora, consiglia. “Le persone dovrebbero fare più ricerca preclinica possibile e scopriamo se è fattibile”.

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