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Jul 18, 2023

Eine elegantere Form der Genbearbeitung schreitet zu Tests am Menschen voran

Emily Mullin Im April 2016 war Waseem Qasim, Professor für Zell- und Gentherapie, von einer neuen wissenschaftlichen Arbeit fasziniert, die eine revolutionäre Art der DNA-Manipulation beschrieb: die Basenbearbeitung. Das Papier,

Emily Mullin

Im April 2016 war Waseem Qasim, Professor für Zell- und Gentherapie, von einer neuen wissenschaftlichen Arbeit fasziniert, die eine revolutionäre Art der DNA-Manipulation beschrieb: die Basenbearbeitung. Das von David Lius Labor am Broad Institute of MIT und Harvard veröffentlichte Papier beschrieb eine Version der Crispr-Genbearbeitung, die präzisere Änderungen als je zuvor ermöglichte. „Es schien, als wäre Science-Fiction angekommen“, sagt Qasim, der am University College London lehrt.

Der genetische Code jedes Lebewesens besteht aus einer Kette aus vier chemischen Basen: A, C, G und T. Diese bilden zusammen die Doppelhelixstruktur der DNA. Traditionelle Crispr- und frühere Gen-Editing-Methoden funktionieren, indem sie die doppelsträngige DNA-Helix durchschneiden, um beispielsweise ein krankheitsverursachendes Gen auszuschalten. Bei der Basenbearbeitung hingegen wird einfach eine chemische Base gegen eine andere ausgetauscht, um eine Mutation zu korrigieren oder ein Gen zu deaktivieren. Der erste Basiseditor, den Lius Labor beschrieb, konnte ein C in ein T umwandeln. Seitdem wurden andere erfunden.

Wissenschaftler erkannten sofort den Wert des Base Editing. Viele Erbkrankheiten wie Mukoviszidose und Sichelzellenanämie werden durch einzelne Basenveränderungen in der DNA verursacht. Nun könnten diese Mutationen theoretisch behoben werden, indem eine Base in eine andere umgewandelt wird. Qasim und sein Team wollten die Basenbearbeitung für einen anderen Zweck nutzen: die Veränderung von Immunzellen bei einem Versuch, Krebs zu behandeln.

Basierend auf Lius Artikel als Leitfaden erstellten Qasim und sein Team ihre eigenen Basiseditoren und stellten fest, dass sie im Labor unglaublich effizient genetische Veränderungen an Zellen vornehmen konnten. In den nächsten sechs Jahren arbeiteten sie daran, die Technologie zu verbessern, und im Mai stellten sie sie auf die ultimative Probe und verwendeten sie zur Behandlung einer Leukämiepatientin in der Hoffnung, ihren Krebs zu heilen. Es war das erste Mal, dass diese neue Form der Genbearbeitung zur Behandlung eines Menschen eingesetzt wurde.

Bei der Patientin, einer 13-Jährigen namens Alyssa, wurde im Mai 2021 eine seltene und aggressive Krebsart namens T-Zell-Leukämie diagnostiziert. T-Zellen sind ein wichtiger Teil des Immunsystems und schützen den Körper normalerweise vor Infektionen. Bei der T-Zell-Leukämie wachsen sie jedoch unkontrolliert. Die Ärzte versuchten, Alyssa mit Chemotherapie und einer Knochenmarktransplantation zu behandeln, aber ihr Krebs kam zurück.

Da keine anderen Behandlungsoptionen übrig blieben, kam Alyssa für eine Studie zur experimentellen Base-Editing-Therapie in Frage. Qasim und sein Team sammelten T-Zellen von einem gesunden Spender und nahmen mithilfe der Basenbearbeitung vier separate Änderungen – allesamt Umwandlungen von C- in T-Basen – an den Zellen vor. Die Veränderungen ermöglichten es den Spender-T-Zellen, die Abwehrkräfte des Körpers zu überwinden, einen bestimmten Rezeptor auf Leukämiezellen zu erkennen und den Krebs abzutöten. Anschließend infundierten Ärzte des Great Ormond Street Institute of Child Health, das zum University College London gehört, die bearbeiteten Zellen in Alyssas Blutkreislauf. Nach Erhalt der bearbeiteten Zellen trat bei Alyssa eine entzündliche Nebenwirkung auf, die als Zytokin-Freisetzungssyndrom bekannt ist und eine häufige Nebenwirkung bei der Krebsimmuntherapie ist. Bei einigen Patienten kann es lebensbedrohlich sein, aber Alyssas Symptome waren mild und sie erholte sich schnell, sagt Qasim. Einen Monat nach der Infusion war ihr Krebs zurückgegangen und es geht ihr weiterhin gut. „Wir haben bestätigt, dass die Krankheitsraten immer noch nicht nachweisbar sind“, sagt Qasim. Er präsentierte diese vorläufigen Ergebnisse Anfang des Monats auf dem Treffen der American Society of Hematology in New Orleans. (Die Ergebnisse wurden noch nicht in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.)

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Die Grundlagenbearbeitung steht noch am Anfang, daher müssen Forscher mehr Patienten behandeln und sie viel länger begleiten, um zu wissen, ob die Behandlung von Dauer ist. Qasims Team plant, in der Studie bis zu zehn Kinder zu behandeln und sie im Rahmen der Studie ein Jahr lang zu überwachen und anschließend mit regelmäßigen Kontrolluntersuchungen fortzufahren.

Qasim und andere Wissenschaftler glauben, dass die Basenbearbeitung sicherer sein könnte als Crispr, da sie keine Brüche in der DNA verursacht – ein bekannter Nachteil. Crispr funktioniert, indem es problematische DNA-Stücke herausschneidet, aber oft schneidet es mehr als nötig. Die Zelle repariert den beschädigten Bereich auf natürliche Weise, die Reparatur erfolgt jedoch nicht immer reibungslos. Manchmal führt der Reparaturprozess zu zufälligen Neuordnungen der DNA rund um die bearbeitete Stelle – und im Falle mehrerer Bearbeitungen besteht ein höheres Risiko dieser Neuordnungen. Obwohl diese Fehler selten sind, könnten sie theoretisch zu Krebs führen. Base-Editing hingegen verursacht keinen derartigen Zellschaden.

Dieser potenzielle Vorteil hat die US-amerikanischen Biotech-Unternehmen Beam Therapeutics und Verve Therapeutics – beide aus Cambridge, Massachusetts – dazu veranlasst, grundlegende Behandlungsmethoden für Krebs und eine Handvoll Erbkrankheiten zu entwickeln. In diesem Sommer hat Verve in Neuseeland mit einer klinischen Studie am Menschen begonnen, und beide Unternehmen sind bereit, mit Versuchen in den USA zu beginnen. „Wenn Sie etwas ausschalten möchten, ist Crispr eine ziemlich gute Möglichkeit, dies zu tun. Aber wenn man etwas reparieren will, ist das viel schwieriger“, sagt John Evans, CEO von Beam Therapeutics. „Basisbearbeitung ist dieser Bearbeitungsstil der nächsten Generation, der uns eine präzisere Kontrolle über die Änderung ermöglicht, die wir vornehmen möchten.“

Sekar Kathiresan, CEO von Verve Therapeutics, sagt, das Unternehmen habe sich nach einem Vergleich der beiden Ansätze bei Mäusen, Affen und menschlichen Zellen im Labor für die Basisbearbeitung gegenüber dem klassischen Crispr entschieden. In einer Arbeit in Nature aus dem Jahr 2021 stellten Wissenschaftler von Verve und der University of Pennsylvania fest, dass die Basenbearbeitung bei Affen in der Lage war, ein Gen namens PCSK9 in der Leber zu deaktivieren und so die Produktion von Low-Density-Lipoprotein (LDL) zu stoppen. Hohe LDL-Werte, auch als „schlechtes“ Cholesterin bekannt, erhöhen das Risiko für Herzerkrankungen und Schlaganfälle. Eine Infusion des Basen-Editings senkte das PCSK9-Protein um 90 Prozent und den LDL-Spiegel um 60 Prozent. Der Effekt hielt während der gesamten zehnmonatigen Studie an – und auch in den zweieinhalb Jahren, die das Unternehmen seitdem dem Affen folgte, sagt Kathiresan.

Kathiresan sieht eine Zukunft, in der Base Editing zur Routinebehandlung für Menschen wird, bei denen das Risiko wiederholter Herzinfarkte besteht. In den USA wird etwa jeder fünfte Mensch, der einen ersten Herzinfarkt erlitten hat, innerhalb von fünf Jahren für einen zweiten Herzinfarkt wieder ins Krankenhaus eingeliefert. Nach einem Herzinfarkt wird häufig ein Stent eingesetzt – ein kleiner Netzschlauch, der eine Arterie öffnet –, um den Blutfluss zu verbessern. Kathiresan geht davon aus, dass sie eines Tages ein zweites vorbeugendes Verfahren erhalten könnten: eine einmalige Basenbehandlung, um ihre LDL-Werte dauerhaft zu senken.

Derzeit konzentriert sich das Unternehmen darauf, die Behandlung bei Patienten mit einer genetisch bedingten Form von hohem Cholesterinspiegel zu testen. Im Juli erhielt ein Patient in Neuseeland als erster Mensch die Behandlung, die als einmalige Infusion verabreicht wird. Das Unternehmen nimmt weitere Patienten in diese Studie auf und hat noch keine Ergebnisse bekannt gegeben.

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Versuche in den Vereinigten Staaten könnten mehr Zeit in Anspruch nehmen, da die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) Anträge auf Basisbearbeitung genau prüft. Verve hat beantragt, eine Version seiner Cholesterinstudie in die USA zu bringen, aber das wird derzeit auf Eis gelegt, bis das Unternehmen der Behörde weitere Sicherheitsdaten zur Verfügung stellen kann. In einer Einreichung bei der US-Börsenaufsichtsbehörde Securities and Exchange Commission sagte Verve, die FDA habe weitere Informationen über das Risiko versehentlicher Veränderungen an anderen Zellen als denen in der Leber, insbesondere an Eiern und Spermien, angefordert. Werden diese versehentlich verändert, könnte die genetische Veränderung an zukünftige Generationen weitergegeben werden.

„Das haben wir nicht vor“, sagt Kathiresan. „Unser Ziel ist es, die Veränderung bei dieser Person herbeizuführen und den Cholesterinspiegel der von uns behandelten Person zu beeinflussen.“ Kathiresan sagt, das Unternehmen verfüge über Tierdaten, aus denen hervorgehe, dass bei Mäusen und Affen keine Bearbeitung in Spermien oder Eiern stattgefunden habe.

In der Zwischenzeit hat Beam Therapeutics von der FDA grünes Licht für die Durchführung einer Studie erhalten, in der das Basismedikament bei Patienten mit Sichelzellenanämie, einer erblichen Bluterkrankung, die starke Schmerzen verursacht, getestet wird. Menschen mit dieser Krankheit haben klebrige, deformierte rote Blutkörperchen, weil sie abnormales Hämoglobin haben, das Protein, das Sauerstoff durch den Körper transportiert. Beams Behandlung führt einen A-zu-G-Schnitt durch, um eine fötale Version von Hämoglobin zu aktivieren, die den Auswirkungen der Sichelzellenmutation entgegenwirkt. Beam prüft potenzielle Studienkandidaten und plant, im nächsten Jahr mit der Dosierung an Patienten zu beginnen.

Doch das Unternehmen sah sich auch mit Fragen und einer vorübergehenden Sperre seitens der FDA konfrontiert, als es einen zweiten Versuch vorschlug, diesmal für eine Leukämiebehandlung, bei der baseneditierte T-Zellen zum Einsatz kommen. In einem Finanzbericht vom August gab das Unternehmen bekannt, dass die FDA weitere Daten über mögliche Abweichungen von der Zielsetzung wünsche. Die Behörde hob Anfang des Monats die Unterbrechung des Prozesses gegen Beam auf, sodass der Prozess fortgesetzt werden konnte.

Evans ist von der Vorsicht der FDA nicht überrascht. „Das ist neue Wissenschaft und wir haben die Patienten im Blick“, sagt er. Aber sobald die Versuche beginnen, könnte 2023 das Jahr sein, in dem Base Editing zu Crispr an der Spitze der Gen-Editierung stößt.