In den letzten Jahren hat Base Editing, ein neuer Ableger der angekündigten CRISPR/Cas 9-Technologie, im Biotechnologiebereich seine Runde gemacht. Jetzt hat das Base Editing in den USA endlich zum ersten Mal Eingang in klinische Studien gefunden.

Das amerikanische Präzisionsmedizinunternehmen Beam Therapeutics behandelte im Rahmen seiner klinischen Phase-1/2-Studie seinen ersten Patienten mit seiner experimentellen CAR-T-Zelltherapie, die über vier base-editierte Gene verfügte. Das Medikament ist für die Behandlung aggressiver Blutkrebsarten wie rezidivierter/refraktärer akuter lymphoblastischer T-Zell-Leukämie und lymphoblastischem T-Zell-Lymphom konzipiert.

Wie unterscheidet sich Base Editing von CRISPR?

Unter Base Editing versteht man den Mechanismus, der eingesetzt wird, um einzelne Nukleotidänderungen an einer DNA-Sequenz vorzunehmen. Um einzelne Punktmutationen gezielt zu bekämpfen – da diese zu Erbkrankheiten führen können, die meist durch einen Fehler einzelner Basenpaare in der DNA verursacht werden – werden Veränderungen am genetischen Code vorgenommen. Dies geschieht mit Hilfe von a CRISPR/Cas-9-Protein das an eine Leit-RNA gebunden ist, und ein Baseneditierungsenzym namens Desaminase, das die spezifische Bearbeitung in der DNA durchführt.

Aber im Gegensatz zur CRISPR-Technologie Basisbearbeitung gilt als sicherere Methode zur Genbearbeitung. Dies liegt daran, dass beim Baseneditieren nur ein DNA-Strang geschnitten wird. Im Gegensatz dazu beruht CRISPR darauf, dass das Cas-9-Enzym beide Stränge der DNA an der Stelle schneidet, was zu versehentlichen Einfügungen und Löschungen von Basen und damit zu Fehlern in der Sequenz führen kann. Da Baseneditoren daran arbeiten, ein bestimmtes Nukleotid zu verändern, ohne beide Stränge zu zerhacken, zielt der Prozess darauf ab, Fehler zu beseitigen.

„Die Hauptvorteile von Basenbearbeitungstechnologien bestehen darin, dass Sie die potenziellen Sicherheitskomplikationen vermeiden, die mit der Einführung eines dsDNA-Bruchs (doppelsträngige DNA) verbunden sind, und dass Sie eine Einzelbasenkorrektur erreichen können, ohne dass eine exogene DNA-Reparaturvorlage erforderlich ist“, sagte er Chris Vakulskas, Senior Director der Enzymentwicklung bei Integrated DNA Technologies in den USA.

Das soll nicht heißen, dass die Basisbearbeitung eine fehlerfreie Technik ist, da es Bearbeitungen außerhalb der Zielregion vornehmen kann, manchmal. A Studie hatten herausgefunden, dass die Bearbeitung von Basen immer noch zu doppelsträngigen DNA-Brüchen führen kann, wenn auch selten. Darüber hinaus wurden auch andere zufällige Veränderungen in der DNA-Sequenz entdeckt, was Bedenken hinsichtlich einer Genotoxizität – einer DNA-Schädigung – aufkommen lässt und weitere Forschung erfordert. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wollen Wissenschaftler jedoch Möglichkeiten finden, die Änderungen besser kontrollieren zu können und so den durch DNA-Schäden verursachten Zelltod zu begrenzen.

Beam Therapeutics wird mit dem Debüt klinischer Studien zum Spitzenreiter im US-amerikanischen Base-Editing-Bereich

Sein Debüt in klinischen Studien in den USA feiert BEAM-201 von Beam Therapeutics, eine baseneditierte, anti-CD7-allogene chimäre Antigenrezeptor-T-Zelltherapie (CAR-T). Die vier Basisänderungen wurden entwickelt, um die Expression von vier Genen, nämlich CD7, TRAC, PDCD1 und CD52, zum Schweigen zu bringen. 

Durch Basenbearbeitung sind von Spendern stammende CAR-T-Zellen in der Lage, die Transplantat-gegen-Wirt-Krankheit zu bekämpfen, eine Erkrankung, die aufgrund der Abstoßung der Zellen durch den Wirt auftritt, da die Zellen vom Immunsystem des Patienten als fremd wahrgenommen werden. 

„Wir glauben, dass das volle therapeutische Potenzial von CAR-T-Therapien, einschließlich der Fähigkeit, eine allogene Quelle von T-Zellen zu nutzen, nur durch ein höheres Maß an Zelltechnik erschlossen werden kann, das durch mehrere gleichzeitige genetische Veränderungen ermöglicht wird“, sagte John Evans, Vorstandsvorsitzender Officer (CEO) von Beam Therapeutics. „Base Editing eignet sich besonders gut für diese Herausforderung, da es darauf ausgelegt ist, hocheffiziente Multiplex-Editierungen in Zellen ohne Doppelstrangbrüche durchzuführen, die zu häufigen Chromosomenumlagerungen und dem Verlust der Lebensfähigkeit der Zellen führen können.“

Entwicklung der Grundlagenbearbeitung: von der Gründung bis zum Eintritt in die klinische Studie

Während die Technologie in den USA derzeit erst in klinischen Studien getestet wird, feierte das Base Editing letztes Jahr seine Weltpremiere, als Ärzte am Great Ormond Street Hospital in London im Vereinigten Königreich arbeiteten. heilte die akute Leukämie eines Teenagers.

Als alle anderen Behandlungen versagt hatten – darunter eine Chemotherapie und eine Knochenmarkstransplantation – wandten sich die Ärzte der T-Zell-Therapie zu – allerdings mit einer Wendung. Die DNA in den T-Zellen wurde mithilfe des Baseneditierens verändert, wobei drei Editierungen durchgeführt wurden. Eine bestand darin, den Mechanismus zu deaktivieren, der auf T-Zellen abzielt, damit die Spenderzellen nicht angegriffen werden, wenn sie dem Patienten injiziert werden. Eine andere bestand darin, das CD7-Gen auszuschalten, um die Spender-T-Zellen zu schützen, und die dritte war eine Änderung, die Resistenz gegen Chemotherapie bot, damit die veränderten Zellen während der Behandlung nicht abgetötet werden.

Obwohl die Therapie als Erfolg gewertet wurde, da sie den Krebs bei zwei Kindern – beide derzeit in Remission – heldenhaft verhindern konnte, kam es bei einem dritten Kind zu Komplikationen, die zu seinem Tod führten. Als sich bei dem Kind während der CAR-T-Therapie eine Pilzinfektion entwickelte, war sein Körper aufgrund der Immunsuppression nicht in der Lage, die Infektion zu bekämpfen, und es erlag ihr schließlich.

Jetzt untersuchen immer mehr Forscher, wie die Bearbeitung von Datenbanken sicherer gemacht werden kann. Verve Therapeutics, mit Sitz im Trubel Biotech-Zentrum von Cambridge, Massachusetts in den USA hat mit Beam Therapeutics zusammengearbeitet, um drei Behandlungen zur Behandlung familiärer Hypercholesterinämie zu entwickeln. Die genetische Störung entsteht durch hohe Konzentrationen an „schlechtem Cholesterin“, die die Arterien verstopfen, wodurch das Risiko für Herzinfarkte bei Patienten steigt. Das am weitesten fortgeschrittene Medikament in seiner Pipeline ist VERVE-101, das sich derzeit in Phase-1b-Studien befindet. Dieser Kandidat wurde geschaffen, um die Base Adenin an einer bestimmten Stelle im PCSK9-Gen in Guanin umzuwandeln und dadurch das Gen auszuschalten. Dieser Mechanismus wird mit einer Senkung der Menge an schlechtem Cholesterin im Blut in Verbindung gebracht. 

Bei Erfolg im Kampf gegen Hypercholesterinämie möchte Verve die Behandlung für alle Personen ausweiten, bei denen das Risiko einer atherosklerotischen Herz-Kreislauf-Erkrankung (ASCVD) besteht.

Aber das ist noch nicht alles, was dieses Jahr in diesem schnell wachsenden Bereich passiert ist. Base Editing hat gezeigt, dass es Sichelzellenanämie besiegen kann, eine erbliche Bluterkrankung, die durch eine Mutation im Hämoglobin-Beta-Gen auf Chromosom 11 verursacht wird. Forscher am St. Jude Children's Research Hospital in den USA zeigten dies durch die Expression der Da das Gammaglobin-Gen etwa zum Zeitpunkt der Geburt abgeschaltet wird, kann Gammaglobin das Hämoglobin im Blut wirksam ersetzen. Nachdem die Wissenschaftler in präklinischen Studien herausgefunden haben, wie die Genexpression des fötalen Hämoglobins wiederhergestellt werden kann, hoffen sie, es bald in die Klinik bringen zu können.

Laut Brandi Cantarel, Vizepräsidentin für Bioinformatik beim US-amerikanischen Unternehmen Form Bio, erschwert dies jedoch die Arbeit von Wissenschaftlern, die versuchen, sich in der personalisierten Medizin zurechtzufinden, weiter, da die Branche weiterhin einen Anstieg an Bearbeitungstools verzeichnet, was wiederum die Möglichkeiten für die Forschung erweitert .

Spielt KI eine Rolle?

Cantarel erklärte, dass die Bestimmung der richtigen Bearbeitungsstrategie ohne die Hilfe von Tools wie z Künstliche Intelligenz (KI). 

„Da mehr Bearbeitungswerkzeuge verfügbar werden, gehen wir davon aus, dass ein paralleler Wettlauf um die Entwicklung von Werkzeugen entstehen wird, die Wissenschaftlern dabei helfen, die beste Bearbeitungsmethode angesichts der Art der Bearbeitung, der Zielstellen und der verfügbaren Enzyme zu verstehen.“ Und das alles bei gleichzeitiger Gewährleistung maximaler Effizienz“, sagte Cantarel, der davon überzeugt ist, dass „KI die Landschaft verändern wird.“

Anfang dieses Jahres, a Studie betonte, wie KI dabei geholfen hat, Hunderte von Proteinen zu entdecken, die der Desaminase ähneln, und möglicherweise ein breiteres Spektrum an Basenbearbeitungsenzymen bietet, mit denen möglicherweise gearbeitet werden kann. Wie Cantarel vorgeschlagen hat, könnte KI in Zukunft vielleicht sogar dabei helfen, die am besten geeignete Therapie für Patienten auszuwählen.

Da die Die Zahl der Fälle seltener genetischer Erkrankungen nimmt zuAuch bei Krankheiten wie Mukoviszidose, Duchenne-Muskeldystrophie und Friedreich-Ataxie sagte Vakulskas: „…Es ist heute wichtiger denn je, weiterhin nach innovativen neuen Technologien wie der Basenbearbeitung zu suchen.“ Diese leistungsstarken neuen Techniken beweisen, dass wir auf unserem Weg zu personalisierten Medikamenten, die sicherer und zugänglicher sind und schneller in die Klinik gebracht werden, weiter iterieren und uns verbessern können.“