La notizia ha fatto il giro del mondo, ma abbiamo davvero capito di cosa si tratta?
In poche ore l’annuncio ha fatto il giro del mondo: è stata condotta una sperimentazione clinica per correggere il DNA direttamente all’interno dell’organismo di un paziente affetto da sindrome di Hunter, una malattia metabolica rara nota anche come mucopolisaccaridosi di tipo II (MPS II). La notizia ha sollevato un gran clamore. Ma di cosa si tratta esattamente? E quale sarà l’impatto nell’ambito dell’editing genomico e delle malattie rare? Il tema è complesso e delicato, cerchiamo quindi di fare chiarezza.
La notizia
Lo scorso 13 novembre è stato effettuato per la prima volta al mondo un intervento di editing genomico in vivo, ovvero una correzione del DNA direttamente nell’organismo, per trattare un paziente affetto da sindrome di Hunter. Il trattamento sperimentale è stato effettuato presso l’UCSF Benioff Children’s Hospital di Oakland, in California (USA), e i primi risultati saranno disponibili tra tre mesi. A differenza di quello che si potrebbe pensare, l’approccio terapeutico utilizzato non è basato su CRISPR, la sofisticata e ormai celebre tecnologia di editing genomico di ultima generazione, bensì sulle nucleasi “zinc finger”: una metodica di editing genomico di prima generazione, l’antenato di CRISPR per intenderci.
L’annuncio è stato diffuso da Associated Press ed è stato ripreso dalle testate giornalistiche di tutto il mondo. La notizia ha avuto un impatto mediatico importante, suscitando molto clamore. Le motivazione sono diverse: innanzitutto perché si tratta di un tipo di terapia genica basata sull’editing genomico, tema molto caldo, in questi ultimi anni, non solo per gli scienziati ma anche per il grande pubblico; in secondo luogo perché si parla di una malattia rara molto invalidante. L’attenzione è stata però sollevata anche per via di alcuni articoli giornalistici con titoli sensazionalistici e informazioni fuorvianti. Una questione critica quando si parla di temi delicati come la salute, e ancor di più se nell’ambito delle malattie rare. Cerchiamo quindi di fare chiarezza, punto per punto, su questa importante e complessa notizia.
La malattia
La sindrome di Hunter è una malattia metabolica estremamente rara causata dalla carenza di iduronato-2-sulfatasi, un enzima responsabile della scissione di alcuni carboidrati. Le conseguenze sono un accumulo nei lisosomi di molecole complesse (i mucopolisaccaridi) con una grave ripercussione sull’intero organismo. I pazienti affetti da sindrome di Hunter possono avere forme più o meno gravi, con quadri clinici molto diversi l’uno dall’altro ma spesso molto invalidanti. Da semplici frequenti raffreddori e otiti alla perdita dell’udito, da danni alla pelle e agli occhi a paresi facciali, per proseguire con problemi alle ossa e alle articolazioni, fino alla disfunzione di organi importanti come l’intestino, i polmoni, il cuore e persino il cervello. La sindrome di Hunter colpisce meno di 10 mila persone al mondo e molte muoiono in giovane età.
Questa patologia non è priva di terapia. Nel 2007 è stata autorizzata l’immissione in commercio di una terapia enzimatica sostitutiva che consiste nel fornire l'enzima mancante mediante infusioni settimanali. È però un trattamento invasivo, molto costoso (da 100 a 400 mila dollari all'anno) e, soprattutto, non agisce sul cervello. Da qui nasce l’esigenza di trovare una terapia alternativa e più efficace che possa fornire l’enzima mancante in maniera definitiva, magari agendo direttamente sul gene che lo codifica. E quale candidato migliore se non un approccio di terapia genica, e più in particolare di editing genomico, che consente di modificare il DNA in maniera precisa e mirata?
Il paziente e la sperimentazione clinica
Brian Madeux, 44 anni, dell’Arizona (USA). Sono queste le generalità del paziente che per primo si è sottoposto al trattamento sperimentale di editing genomico per la sindrome di Hunter. Negli anni, Brian ha subito 26 diverse operazioni alle orecchie, agli occhi, alla vescica, o per ernie e malformazioni alle ossa. “Mi sembra di passare la vita nelle sale operatorie, e lo scorso anno sono quasi morto per una bronchite”, ha dichiarato Madeux. “È per questo che ho deciso di tentare questa terapia sperimentale, voglio assumermi questo rischio e spero che aiuterà me e altre persone”.
Il trattamento effettuato su Brian Madeux non è un caso a sé, Brian rappresenta il primo paziente di una sperimentazione clinica che è stata vagliata e autorizzata negli Stati Uniti dalla FDA (Food and Drug Administration, l’ente governativo statunitense che si occupa della regolamentazione dei prodotti alimentari e farmaceutici). Si tratta di uno studio clinico di Fase I/II per valutare la sicurezza, la tollerabilità e l’efficacia (quest’ultima in maniera preliminare) della strategia di editing genomico in vivo per la sindrome di Hunter. Lo studio, avviato con Brian, verrà condotto anche su altri pazienti (almeno 9) e si svolgerà in cinque diversi centri clinici negli Stati Uniti. Per ulteriori dettagli sulla sperimentazione clinica è possibile consultare il sito clinicaltrials.gov.
La tecnica utilizzata: editing genomico con nucleasi “zinc finger”
Veniamo al dunque: come si svolge questo trattamento sperimentale? L’idea di base è di fornire all’organismo il gene che codifica per l’enzima mancante (iduronato-2-sulfatasi). Non utilizzando però una semplice strategia di terapia genica, che prevede di trasportare il gene funzionante all’interno delle cellule senza una sua integrazione in un punto preciso del genoma bersaglio, bensì facendo ricorso all’editing genomico con le “nucleasi zinc finger” (ZFN) - “nucleasi a dita di zinco” in italiano - bisturi molecolari che riconoscono e tagliano il DNA in maniera specifica nel punto desiderato. Il termine “editing” in inglese vuol dire “correzione dei testi”, ed è proprio questo il significato che viene trasferito a livello genomico: una correzione accurata e mirata del codice genetico.
L’intero sistema ideato dai ricercatori per il trattamento della sindrome di Hunter è complesso ed è composto da più passaggi. Innanzitutto, le istruzioni per assemblare e far funzionare i diversi componenti necessari per l’operazione di editing (il gene correttivo e due ZFN) sono veicolate, sotto forma di DNA, all’interno delle cellule mediante un vettore virale (virus adeno-associato) precedentemente alterato per essere innocuo. Miliardi di copie di questo virus 'terapeutico' vengono somministrate al paziente per via intravenosa, le quali, opportunamente programmate, viaggiano fino al fegato. Qui le cellule epatiche utilizzano le istruzioni fornite per costruire le nucleasi a dita di zinco e per produrre il gene correttivo. A questo punto, le due nucleasi tagliano il DNA nei punti prestabiliti permettendo l’inserzione del nuovo gene, che consentirà così alle cellule di produrre l’enzima mancante.
“È come inviare dentro il corpo un micro-chirurgo che inserisca il gene esattamente dove deve andare”, ha commentato Paul Harmatz, che coordina la sperimentazione clinica al Children’s Hospital di Oakland. “L’efficacia di questa strategia si basa sul fatto che solo l’1% delle cellule del fegato deve essere corretto per trattare con successo la malattia”.
Rischi e benefici
La notizia è stata spesso riportata come un grande successo, ma è ancora troppo presto per dirlo. Come per tutte le sperimentazioni cliniche, bisogna aspettare i primi dati, che sono previsti tra tre mesi circa. Inoltre, è importante sottolineare che questo studio clinico è progettato per valutare in primis la sicurezza e la tollerabilità della terapia, e solo in un secondo momento l’efficacia.
Se il trattamento con editing genomico funzionerà, sarà sicuramente una pietra miliare per la sindrome di Hunter e per le strategie di editing sull’uomo. L’inserzione del gene codificante per l’iduronato-2-sulfatasi è definitiva, diventa parte integrante del DNA del paziente trattato, ciò vuol dire che il paziente non avrà più bisogno di sottoporsi alle infusioni settimanali per rifornirsi dell’enzima mancante perché lo produrrà da sé, con tutti i benefici che ne potrà trarre. Il fatto che la correzione del DNA sia definitiva, e irreversibile, ha però anche un’altra faccia della medaglia: e se qualcosa va storto? Purtroppo, in questo caso, non si può più tornare indietro!
Ma quali sono i reali rischi di questa terapia sperimentale? Il rischio più temuto dai ricercatori è che l’inserzione del gene possa andare a modificare o creare nuovi errori in altre porzioni del genoma. Un evento definito con il termine “off-target” (fuori bersaglio). Questo tipo di problema è già insorto nel passato nel caso di sperimentazioni cliniche con terapia genica per l’introduzione di un gene correttivo, con gravi conseguenze e insorgenza di tumori. Si trattava, però, di approcci di terapia genica 'classica'. In questo caso, l’utilizzo di un metodo di editing genomico, che è più sofisticato e mirato, fa ben sperare ricercatori e pazienti. “I dati degli studi preclinici effettuati su colture cellulari e su modelli animali sono robusti e molto promettenti”, ha dichiarato Marie Louise Hammarskjold, virologa che ha partecipato alla commissione di valutazione e approvazione della sperimentazione clinica per la sindrome di Hunter. “Con questa strategia, gli eventi off-target sono alquanto improbabili”.
Una strategia innovativa con una tecnica superata
È stato spesso riportato che questo trattamento sperimentale rappresenta il primo tentativo di editing genomico nell’uomo. È vero? Non esattamente.
In realtà, è già stata condotta una serie di studi clinici sull’uomo per l’applicazione dell’editing genomico come strategia terapeutica per diverse patologie. Sia con le ZFN, sia con CRISPR. Ad esempio, nel 2014 è stata avviata un’importante sperimentazione clinica (leggi l’articolo pubblicato su Nature) nella quale sono state utilizzate le nucleasi zinc finger per eliminare un gene e rendere i pazienti più resistenti al virus HIV. Nel 2016, invece, è stata utilizzata per la prima volta la tecnica CRISPR sull’uomo in una sperimentazione clinica per una forma aggressiva di tumore ai polmoni (leggi l’articolo su OMaR).
In entrambi i casi, però, si è trattato di strategie ex vivo: le cellule sono state prelevate dal paziente, manipolate geneticamente con le tecniche di editing genomico e reintrodotte attraverso la circolazione sanguigna nel paziente stesso. Invece, nel caso di Brian Madeux, il trattamento è avvenuto in vivo: i componenti del sistema di editing sono stati introdotti nel paziente e la correzione del DNA è avvenuta direttamente all’interno del suo corpo. Un piccolo particolare che fa la differenza. La strategia utilizzata per la sindrome di Hunter, infatti, è molto più complessa.
La vera sorpresa, almeno per chi segue il tema dell’editing genomico, è stata l’utilizzo di nucleasi zinc finger e non di CRISPR, il sistema al momento più innovativo nel campo dell’editing. È come se si volesse vincere il campionato di Formula 1 utilizzando una monoposto di dieci anni prima. Come mai questa scelta? La storia della nascita della tecnologia di editing genomico non è recente, come molti credono, ma risale agli anni ’90 con l’utilizzo delle nucleasi a dita di zinco: enzimi artificiali in grado di riconoscere e tagliare il DNA in maniera precisa. L’editing di prima generazione. Nel decennio successivo, i ricercatori sono passati alle nucleasi denominate TALEN (editing di seconda generazione), e il 2012 ha segnato l’arrivo del sistema CRISPR, più versatile, veloce ed economico (l’editing 3.0). CRISPR è sicuramente la tecnica più sofisticata: è semplice da programmare, si può usare in contemporanea su diversi geni ed è in continua evoluzione. Ma ha un limite: non è facile da veicolare per raggiungere il bersaglio. La tecnologia basata sulle nucleasi a dita di zinco è sicuramente antiquata, ma ha una struttura più piccola, raggiunge più facilmente il suo target e può risultare più precisa.
Cosa aspettarsi nel futuro?
Le nucleasi zinc finger utilizzate nella sperimentazione per la sindrome di Hunter sono state sviluppate da Sangamo Therapeutics, un’azienda statunitense focalizzata su tecnologie innovative per la terapia genica e cellulare. Sangamo nasce nel 1995 con l’obiettivo di sviluppare nuove tecniche nel campo dell’editing genomico e, ad oggi, detiene quasi il totale monopolio del settore delle ZFN. La biotech statunitense è impegnata su diversi fronti e su diverse patologie monogeniche (causate da una o più mutazioni in un singolo gene) e, oltre alla sindrome di Hunter, la sua ricerca è arrivata in fase clinica anche per HIV ed emofilia.
Ed è forse in base a questo che c’è chi ha esultato annunciando, erroneamente, la scoperta di una nuova “cura” per la sindrome di Hunter e di nuove prospettive nell’ambito delle malattie rare. Come già sottolineato, l’esito del trattamento sperimentale su Brian Madeux non è ancora noto e la strada sarà ancora lunga. Questa sperimentazione è sicuramente innovativa e apre un nuovo scenario, ma una cura arriverà, se arriverà, quando si sarà concluso il percorso di sviluppo della terapia, che prevede lo svolgersi delle varie fasi degli studi clinici e che dura diversi anni. Allo stesso modo, è ancora troppo presto per poter accennare a una sua applicabilità sul fronte di altre malattie rare.
Certo è che questa sperimentazione ha puntato i riflettori sulle nucleasi zinc finger, ormai considerate superate, e potrebbe anche segnare un cambio di direzione nel campo dell’editing genomico.
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