Genetische therapie met CRISPR-Cas

De medische wetenschap ontwikkelt zich in sneltreinvaart. Deze constatering is voor weinig vakgebieden zo toepasselijk als voor de genetica. Minder dan 75 jaar terug was de basis van erfelijkheid nog een mysterie, totdat Watson en Crick in 1953 de structuur van het DNA ontdekten.1 Inmiddels is onze genetische code volledig in kaart gebracht en is het zelfs mogelijk om deze code aan te passen met technieken als CRISPR-Cas.2,3 Het genoom is hierdoor niet meer de onveranderlijke code waar een individu mee geboren is. Vandaag de dag kan het genoom in potentie worden gewijzigd om te proberen genetische ziekten uit te schakelen, een mijlpaal die recentelijk werd bereikt voor erfelijk angio-oedeem.4

Met de toenemende berichtgeving over CRISPR-Cas is het belangrijk dat zorgverleners die genetische aandoeningen behandelen goed worden voorgelicht over de nieuwste mogelijkheden die gen-‘editing’ biedt en de bijbehorende risico’s, om zo patiënten juist te kunnen informeren. In dit artikel beschrijven we de huidige stand van zaken op het gebied van genmodificatie en bediscussiëren we mogelijke stappen om CRISPR-Cas-therapie in de praktijk te kunnen gaan toepassen.

Casus

Een 71-jarige man heeft sinds de leeftijd van 45 jaar last van spierzwakte in het gehele lichaam. Daarnaast lijkt hij borstweefsel te ontwikkelen. De huisarts verwijst hem naar een neuroloog. Op basis van het klinisch beeld wordt een progressieve neurologische aandoening gediagnosticeerd. Bij DNA-onderzoek wordt een zogenoemde verlengde ‘repeat’ vastgesteld. Dit is een mutatietype waarbij een specifieke DNA-sequentie meerdere keren achter elkaar voorkomt, in dit geval in het AR-gen dat codeert voor de androgeenreceptor. Op basis daarvan wordt de diagnose ‘ziekte van Kennedy’ gesteld, ook bekend als ‘spinale en bulbaire musculaire atrofie’ (SBMA).5 Dit is een X-gebonden aandoening waarbij mannen in de familie een hoog risico hebben om het neurologische ziektebeeld te ontwikkelen en vrouwen (gezonde) draagster kunnen zijn.

De patiënt wordt naar de klinisch geneticus verwezen voor adviezen voor hem en zijn familieleden. Hij heeft zich goed ingelezen in nieuwe ontwikkelingen op het gebied van genetische aandoeningen. Naar aanleiding van nieuwsberichten over succesvolle CRISPR-Cas-interventies bij een andere aandoening wendt hij zich met vragen tot experts van de afdeling Humane Genetica van het Amsterdam UMC: ‘Is behandeling met CRISPR mogelijk bij mijn erfelijke aandoening?’ En: ‘Kan deze methode voorkomen dat toekomstige generaties in mijn familie ziek worden?’

CRISPR-Cas in het kort

CRISPR-Cas is een moleculaire schaar die het DNA op specifieke plaatsen kan knippen en wijzigen, zoals in 2018 en 2021 in het NTVG is beschreven (D2461 – zie de figuur – en D5955).6,7 CRISPR-Cas staat voor ‘clustered regularly interspaced short palindromic repeats’, ofwel korte herhaalde stukjes DNA die een rol spelen in de bacteriële immuunreactie tegen binnendringende bacteriofagen, een type virussen dat bacteriën aanvalt. Door bepaalde aanpassingen kan CRISPR-Cas nu worden geprogrammeerd voor gebruik in de kliniek.

Het systeem bestaat uit twee belangrijke onderdelen: (a) een stuk RNA, bekend als gids-RNA (‘guide RNA’), dat zo kan worden vormgegeven dat het bindt aan de ziekmakende DNA-sequentie; en (b) het Cas9-eiwit. Dit Cas9-eiwit knipt het DNA daadwerkelijk op. Wanneer het gids-RNA en het Cas9-eiwit aan elkaar gekoppeld zijn, vormen ze samen een complex. Zodra dit complex de specifieke DNA-sequentie vindt, knipt het Cas-eiwit het DNA op die locatie door. Hierdoor ontstaat een breuk in het dubbelstrengs DNA, waardoor de cel wordt gedwongen het DNA te repareren. De reparatiemechanismen van de cel worden vervolgens gebruikt om de DNA-volgorde desgewenst te wijzigen. Door een nieuw stuk DNA toe te voegen aan het reparatieproces, kan een nieuwe genetische sequentie in het genoom worden ingevoegd. Dit maakt het mogelijk om genen uit te schakelen, te repareren of nieuwe genetische informatie in te voegen.

Gen-editing als therapie: mogelijkheden en beperkingen

De laatste jaren zijn nieuwe experimentele CRISPR-Cas-therapieën voor diverse genetische aandoeningen volop in ontwikkeling. Een belangrijk onderscheid dat gemaakt wordt in de behandeling is de somatische gen-editing (specifieke lichaamscellen, niet overdraagbaar aan volgende generaties) of kiembaangen-editing (in potentie alle lichaamscellen, wel overdraagbaar).

Somatische gen-editing heeft indrukwekkende resultaten laten zien, met name voor erfelijke bloedziekte. Bij β-thalassemie en sikkelcelziekte, waarbij een HBB-genvariant afwijkende rode bloedcellen maakt, worden stamcellen uit het beenmerg gehaald, de fout buiten het lichaam gerepareerd en de gecorrigeerde cellen weer in het lichaam teruggeplaatst.8 Vervolgens groeien deze cellen uit tot gezonde bloedcellen. Het voordeel is dat CRISPR-Cas op deze manier direct (ex vivo) kan worden toegepast op de betreffende cellen. Dit maakt het zowel veiliger (minder ongewenste effecten in andere cellen) als makkelijker dan in-vivotoepassing. Bij in-vivobehandelingen is het een uitdaging om de relevante weefsels te bereiken en daarin een specifieke DNA-wijziging aan te brengen zonder dat ongewenste afwijkingen ontstaan.

Het oog is nog een voorbeeld van een doelorgaan dat juist relatief makkelijk te bereiken is. Bij een kleinschalige trial met op CRISPR-Cas gebaseerde gen-editing bij onder andere patiënten met congenitale amaurose van Leber, kon een voorzichtig hoopvolle verbetering van het zicht worden vastgesteld.9 Bij veel andere aandoeningen zijn de specifieke weefsels moeilijker te bereiken of zijn meerdere organen aangedaan, wat de toepassing van CRISPR-Cas een stuk ingewikkelder maakt. Dat geldt ook voor de neurologische aandoening (ziekte van Kennedy) uit onze fictieve casus.

Op technisch vlak zijn er verbeteringen nodig om CRISPR-Cas accuraat en in voldoende hoeveelheid op de beoogde plek te krijgen. Door betere vectoren (deeltjes die CRISPR-Cas naar de cel transporteren) te ontwikkelen, kan CRISPR-Cas effectiever en gerichter op de beoogde plek worden gebracht. Vectoren op basis van een adenovirus (AAV) of vectoren die lipide nanodeeltjes (LPN’s) bevatten, kunnen de afgifte van CRISPR-Cas verbeteren en minder immuunreacties teweegbrengen.10,11

Er spelen aanzienlijke ethische bezwaren tegen het gebruik van CRISPR-Cas voor kiembaangen-editing. Hierover zijn maatschappelijke discussies gevoerd binnen de DNA-dialoog.12 Met kiembaangen-editing kunnen wijzigingen ontstaan – ook onbedoeld – die overdraagbaar zijn naar toekomstige generaties. Dit is momenteel niet veilig en niet toegestaan in menselijk DNA.13

Klinische toepassing: wat is er nodig?

Voor klinische implementatie van CRISPR-Cas zijn meerdere factoren van belang. Het allerbelangrijkste is dat de veiligheidsrisico’s rondom onbedoelde aanpassingen in het menselijk DNA tot dusver niet goed bekend zijn. Momenteel wordt daarom onderzoek verricht om deze zogenoemde ‘off-target’-effecten beter in kaart te brengen. Idealiter zou voor elke CRISPR-Cas-therapie de toedieningsvorm, de indicatie en het risico op bijwerkingen duidelijk bekend moeten zijn, zowel op korte als op lange termijn.

Op gezondheidseconomisch vlak spelen kosten en vergoeding een cruciale rol. De ontwikkeling en toepassing van CRISPR-Cas-therapie is duur; denk daarbij aan een bedrag van enkele miljoenen Amerikaanse dollars per patiënt.14 Zonder adequate vergoedingsmechanismen door zorgverzekeraars zullen deze innovatieve behandelingen onbereikbaar blijven voor veel patiënten. De uitdaging is om een kosteneffectief model te creëren dat de investeringen in onderzoek en ontwikkeling rechtvaardigt én de toegankelijkheid voor patiënten garandeert. Deze uitdaging moet worden opgepakt. Het is te hopen dat verdere ontwikkeling van de technologie eenzelfde sterke kostendaling teweegbrengt als bij sequencing van het hele genoom; de kosten daarvan daalden in de loop van twee decennia van ruim 10 miljoen dollar tot onder de 1000 dollar.15

Daarnaast is er een sterke noodzaak om kennis en begrip van zorgverleners over CRISPR-Cas-technologie te vergroten, kennis die op dit moment onvoldoende is.16 Educatieve programma’s en trainingen zijn essentieel om zorgverleners te voorzien van de nodige informatie over de werking en toepassingen van CRISPR-Cas en ethische overwegingen daarbij. Ook zijn goede onderlinge afspraken tussen verschillende zorgverleners van belang. Het moet duidelijk worden wie waarvoor verantwoordelijk is bij de behandeling met CRISPR-Cas. Zo vergt toekomstige toepassing van CRISPR-Cas in de dagelijkse praktijk nader te definiëren zorgpaden en multidisciplinaire teams.

Ten slotte zijn de veiligheid en ethische overweging van groot belang bij de toepassing van CRISPR-Cas-technieken. De langetermijneffecten van gen-editing bij patiënten en het risico op ongewenste effecten vereisen verder onderzoek en regulering. Strikte ethische richtlijnen en regelgeving moeten worden ontwikkeld en gehandhaafd om ervoor te zorgen dat CRISPR-Cas-technologie veilig en verantwoord wordt gebruikt. Dit is nog grotendeels onontgonnen terrein. Vooruitgang op dit gebied vereist nauwe samenwerking tussen wetenschappers, clinici, commerciële partners en regelgevers. Zoals vaker bij nieuwe medische ontwikkelingen, kunnen we hierbij geen tijdslijn noemen en slechts erop wijzen dat de ontwikkelingen snel gaan. Daarom is de interactie met patiënten – en het publiek in bredere zin – nodig om tot maatschappelijke normen te komen die de plaats van deze nieuwe technieken in de samenleving verder bepalen.

Verbindingen tussen patiënt en zorgverlener

Vanwege de veelbelovende berichtgeving over CRISPR-Cas-therapie is het vanzelfsprekend dat patiënten, zoals die in onze casus, hierover gerichte vragen stellen aan hun zorgverleners. Het is echter zeer waarschijnlijk dat de kennis van gen-editing bij de Nederlandse zorgverlener niet up-to-date is. In de communicatie is het belangrijk om voldoende achtergrondinformatie te hebben, op de hoogte te zijn van de mogelijkheden op dat moment en tegelijkertijd een realistisch beeld te scheppen van de verwachtingen voor de toekomst.

Om de dialoog tussen patiënten, CRISPR-experts en zorgverleners te verbeteren en als kenniscentrum een loket voor deze vragen te creëren, zijn wij binnen het Amsterdam UMC een pilot gestart, de ‘CRISPR expert clinic’. Tijdens deze bijeenkomsten wordt de ziektegeschiedenis van een patiënt in kaart gebracht, kan de patiënt gericht geïnformeerd worden door een panel van experts en wordt de recente literatuur over gen-editing besproken, om zo op zoek te gaan naar eventuele aangrijpingspunten voor CRISPR-Cas voor specifieke ziektebeelden. Ook wordt er met vragenlijsten in kaart gebracht welke kwesties bij patiënten spelen en met welke informatievoorziening zij het beste geholpen zijn. Voor de clinicus in de dagelijkse praktijk is het belangrijk op de hoogte te zijn van de ontwikkelingen op het gebied van CRISPR-Cas-therapie voor specifieke genetische aandoeningen. Deze ontwikkelingen leiden met regelmaat tot vragen bij een grote groep patiënten die bekend is met een genetische ziekte (geschat wordt dat 4-6% van de bevolking een zeldzame ziekte heeft).17 Een cruciale stap is dat patiënten – en ook artsen – toegang hebben tot adequate informatie over gen-editing. Voor patiënten als die in onze fictieve casus betekent dit houvast in het complexe informatielandschap.

Wanneer onze pilot een succes blijkt, kan deze aanpak nuttig zijn voor veel verschillende andere genetische aandoeningen die in aanmerking komen voor nieuwe toepassingen van gen-editing. Ondertussen moeten medische centra, met hun eigen CRISPR-Cas-experts en in overleg met de juiste stakeholders, stappen zetten om CRISPR-Cas-therapie vorm te geven (figuur).

Figuur

Mogelijke route naar CRISPR-behandeling

Conclusie

De vraag óf de Nobelprijs-winnende CRISPR-Cas-technologie succesvolle toepassingen kent in de humane genetica is sneller dan verwacht beantwoord met een heel duidelijk ‘ja’. De voorliggende kwestie is nu: hoe kunnen we patiënten genetische zorg gaan bieden? ‘Wanneer komt behandeling met CRISPR-Cas voor mij en mijn familie in beeld?’ Het beantwoorden van die vraag bij onze patiënt met de ziekte van Kennedy wordt wellicht nog ingewikkelder dan het doorgronden van de mechanismen van CRISPR-Cas. Voor de afdelingen Humane Genetica en de daarmee samenwerkende specialisten is het de uitdaging om de mogelijkheden van CRISPR-Cas daadwerkelijk uit te werken en beschikbaar te maken voor de juiste patiënten. De dialoog met de patiënt en investeringen in klinische CRISPR-expertise zijn hierbij cruciale eerste stappen.