CANCRO SINTOMI-Nuovi risultati alleviare le preoccupazioni precedenti tecniche gene-editing potrebbero aggiungere mutazioni indesiderate alle cellule staminali
La possibilità di passare fuori un gene per un altro in una linea di cellule staminali viventi ha attraversato solo dalla fantascienza alla realtà in questo decennio. Come con qualsiasi nuova tecnologia, esso porta con sé sia la promessa - la speranza di fissare i geni che causano malattie negli esseri umani, per esempio - così come le domande e le preoccupazioni per la sicurezza. Ora, gli scienziati Salk hanno messo una di quelle preoccupazioni al riposo: utilizzando tecniche gene-editing sulle cellule staminali non aumenta la presenza complessiva di mutazioni nelle cellule. I nuovi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Cell Stem Cell.
"La capacità di modificare con precisione il DNA delle cellule staminali ha notevolmente accelerato la ricerca sulle malattie umane e terapia cellulare", dice l'autore senior Juan Carlos Izpisua Belmonte, professore Gene Expression Laboratory di Salk. "Per tradurre con successo questa tecnologia in clinica, dobbiamo prima esaminare la sicurezza di queste cellule staminali modificate, come ad esempio la stabilità del genoma e carico mutazionale."
Quando gli scienziati vogliono cambiare la sequenza di un tratto di DNA all'interno delle cellule - sia per fini di ricerca o per fissare una mutazione genetica a fini terapeutici - hanno la loro scelta di due metodi. Essi possono utilizzare un virus progettato per fornire il nuovo gene di una cellula; la cella poi integra la nuova sequenza di DNA in sostituzione di quello vecchio. Oppure gli scienziati possono utilizzare ciò che è noto come nucleasi mirati personalizzati, come le proteine Talen, che tagliano il DNA in qualsiasi posizione desiderata. I ricercatori possono utilizzare le proteine per tagliare un gene che vogliono sostituire, quindi aggiungere un nuovo gene per il mix. Meccanismi di riparazione naturale della cellula si incolla il nuovo gene in posto.
In precedenza, il laboratorio di Belmonte aveva aperto la strada all'uso di virus modificati, chiamati vettori adenovirali helper-dipendente (HDAdVs) per correggere la mutazione del gene che causa la malattia a cellule falciformi, una delle più gravi malattie del sangue in tutto il mondo. Lui ei suoi collaboratori utilizzato HDAdVs per sostituire il gene mutato in una linea di cellule staminali con una versione gratuita-mutante, la creazione di cellule staminali che potrebbero teoricamente essere infusa nel midollo osseo dei pazienti in modo che i loro corpi creano cellule del sangue sane.
Prima di tali tecnologie vengono applicate agli esseri umani, però, ricercatori come Belmonte voluto sapere se ci fossero rischi di modifica dei geni nelle cellule staminali. Anche se entrambe le tecniche gene-editing comuni hanno dimostrato di essere precisi ad alterare il diritto tratto di DNA, gli scienziati temono che il processo potrebbe rendere le cellule più instabile e soggetto a mutazioni nei geni estranei - come quelle che potrebbero causare il cancro.
"Come le cellule vengono riprogrammate in cellule staminali, tendono ad accumulare molte mutazioni", dice Mo Li, un borsista postdottorato nel laboratorio di Belmonte e l'autore della nuova carta. "Così la gente, naturalmente, temono che qualsiasi processo si esegue con queste cellule in vitro - tra cui la modifica del gene -. Potrebbe generare ancora più mutazioni"
Per scoprire se questo fosse il caso, il gruppo di Belmonte, in collaborazione con BGI e l'Istituto di Biofisica, Accademia Cinese delle Scienze in Cina, si rivolse a una linea di cellule staminali contenenti il gene mutato che causa la malattia a cellule falciformi. Sono modificati i geni di alcune celle usando uno dei due HDAdV disegni, altri modificati utilizzando una delle due proteine Talen, e mantenuto il resto delle cellule in coltura senza modificarle. Poi, hanno completamente sequenziato l'intero genoma di ogni cellula dai quattro modifiche e esperimento di controllo.
Mentre tutte le cellule guadagnato un basso livello di mutazioni genetiche casuali durante gli esperimenti, le cellule che avevano subito gene-editing - sia attraverso HDAdV - o approcci basati TALEN - non avevano più mutazioni che le cellule mantenute in coltura.
"Siamo rimasti piacevolmente sorpresi dai risultati," Keiichiro Suzuki, un borsista postdottorato nel laboratorio di Belmonte e l'autore dello studio, dice. "Le persone hanno trovato migliaia di mutazioni introdotte nel corso iPSC riprogrammazione. Abbiamo trovato meno di un centinaio di varianti di singolo nucleotide in tutti i casi."
La scoperta, Li aggiunge, non significa necessariamente che non ci siano rischi inerenti all'utilizzo di cellule staminali con i geni modificati, ma che il processo di modifica non rende le cellule staminali meno sicuro.
"Abbiamo concluso che il rischio di mutazione non è intrinsecamente collegata alla modifica genetica," dice. "Queste cellule presentano gli stessi rischi come con tutte le altre cellule manipolate per la cella o la terapia genica." Egli aggiunge che altri due articoli pubblicati nello stesso numero sostengono i loro risultati (uno per Johns Hopkins University e uno presso la Harvard University e collaboratori).
Il gruppo Belmonte sta progettando ulteriori studi per affrontare se gene-riparazione in altri tipi di cellule, utilizzando altri approcci, o rivolge altri geni potrebbe essere più o meno probabilità di causare mutazioni indesiderate. Per ora, essi sperano che le loro scoperte incoraggiare quelli in campo per mantenere perseguire tecniche gene-editing come un modo potenziale per il trattamento di malattie genetiche in futuro.
La possibilità di passare fuori un gene per un altro in una linea di cellule staminali viventi ha attraversato solo dalla fantascienza alla realtà in questo decennio. Come con qualsiasi nuova tecnologia, esso porta con sé sia la promessa - la speranza di fissare i geni che causano malattie negli esseri umani, per esempio - così come le domande e le preoccupazioni per la sicurezza. Ora, gli scienziati Salk hanno messo una di quelle preoccupazioni al riposo: utilizzando tecniche gene-editing sulle cellule staminali non aumenta la presenza complessiva di mutazioni nelle cellule. I nuovi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Cell Stem Cell.
"La capacità di modificare con precisione il DNA delle cellule staminali ha notevolmente accelerato la ricerca sulle malattie umane e terapia cellulare", dice l'autore senior Juan Carlos Izpisua Belmonte, professore Gene Expression Laboratory di Salk. "Per tradurre con successo questa tecnologia in clinica, dobbiamo prima esaminare la sicurezza di queste cellule staminali modificate, come ad esempio la stabilità del genoma e carico mutazionale."
Quando gli scienziati vogliono cambiare la sequenza di un tratto di DNA all'interno delle cellule - sia per fini di ricerca o per fissare una mutazione genetica a fini terapeutici - hanno la loro scelta di due metodi. Essi possono utilizzare un virus progettato per fornire il nuovo gene di una cellula; la cella poi integra la nuova sequenza di DNA in sostituzione di quello vecchio. Oppure gli scienziati possono utilizzare ciò che è noto come nucleasi mirati personalizzati, come le proteine Talen, che tagliano il DNA in qualsiasi posizione desiderata. I ricercatori possono utilizzare le proteine per tagliare un gene che vogliono sostituire, quindi aggiungere un nuovo gene per il mix. Meccanismi di riparazione naturale della cellula si incolla il nuovo gene in posto.
Prima di tali tecnologie vengono applicate agli esseri umani, però, ricercatori come Belmonte voluto sapere se ci fossero rischi di modifica dei geni nelle cellule staminali. Anche se entrambe le tecniche gene-editing comuni hanno dimostrato di essere precisi ad alterare il diritto tratto di DNA, gli scienziati temono che il processo potrebbe rendere le cellule più instabile e soggetto a mutazioni nei geni estranei - come quelle che potrebbero causare il cancro.
"Come le cellule vengono riprogrammate in cellule staminali, tendono ad accumulare molte mutazioni", dice Mo Li, un borsista postdottorato nel laboratorio di Belmonte e l'autore della nuova carta. "Così la gente, naturalmente, temono che qualsiasi processo si esegue con queste cellule in vitro - tra cui la modifica del gene -. Potrebbe generare ancora più mutazioni"
Per scoprire se questo fosse il caso, il gruppo di Belmonte, in collaborazione con BGI e l'Istituto di Biofisica, Accademia Cinese delle Scienze in Cina, si rivolse a una linea di cellule staminali contenenti il gene mutato che causa la malattia a cellule falciformi. Sono modificati i geni di alcune celle usando uno dei due HDAdV disegni, altri modificati utilizzando una delle due proteine Talen, e mantenuto il resto delle cellule in coltura senza modificarle. Poi, hanno completamente sequenziato l'intero genoma di ogni cellula dai quattro modifiche e esperimento di controllo.
Mentre tutte le cellule guadagnato un basso livello di mutazioni genetiche casuali durante gli esperimenti, le cellule che avevano subito gene-editing - sia attraverso HDAdV - o approcci basati TALEN - non avevano più mutazioni che le cellule mantenute in coltura.
"Siamo rimasti piacevolmente sorpresi dai risultati," Keiichiro Suzuki, un borsista postdottorato nel laboratorio di Belmonte e l'autore dello studio, dice. "Le persone hanno trovato migliaia di mutazioni introdotte nel corso iPSC riprogrammazione. Abbiamo trovato meno di un centinaio di varianti di singolo nucleotide in tutti i casi."
La scoperta, Li aggiunge, non significa necessariamente che non ci siano rischi inerenti all'utilizzo di cellule staminali con i geni modificati, ma che il processo di modifica non rende le cellule staminali meno sicuro.
"Abbiamo concluso che il rischio di mutazione non è intrinsecamente collegata alla modifica genetica," dice. "Queste cellule presentano gli stessi rischi come con tutte le altre cellule manipolate per la cella o la terapia genica." Egli aggiunge che altri due articoli pubblicati nello stesso numero sostengono i loro risultati (uno per Johns Hopkins University e uno presso la Harvard University e collaboratori).
Il gruppo Belmonte sta progettando ulteriori studi per affrontare se gene-riparazione in altri tipi di cellule, utilizzando altri approcci, o rivolge altri geni potrebbe essere più o meno probabilità di causare mutazioni indesiderate. Per ora, essi sperano che le loro scoperte incoraggiare quelli in campo per mantenere perseguire tecniche gene-editing come un modo potenziale per il trattamento di malattie genetiche in futuro.
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