عصر ویرایش ژن رسماً آغاز شد – دوره‌ای تازه در پزشکی

اخیراً در آمریکا و بریتانیا، تأیید درمان exagamglogene autotemcel با نام (exa-cel [Casgevy, Vertex Pharmaceuticals/CRISPR Therapeutics]) برای درمان بیماری سلول داسی‌شکل (OHH) و β-تالاسمی وابسته به تزریق خون، آغاز عصر تازه‌ای از ویرایش ژن در پزشکی را نشان می‌دهد.

از آزمایشگاه تا کار بالینی، تنها در چند سال 

این پیشرفت مهم در زمینه یک سامانه ایمنی باکتریایی، یعنی clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) – Cas9، تنها اندکی پس از انتشار نخستین گزارش علمی درباره تبدیل آن به یک نوکلئاز برنامه‌پذیر برای ویرایش ژن و پس از آن‌که دو نویسنده ارشد مقاله، Jennifer Doudna و Emmanuel Charpentier، جایزه نوبل شیمی را مشترکاً دریافت کردند ، تنها 3 سال بعد رخ داد. این تحول سریع پزشکی ژنتیک نمایانگر فرایندی پویا است که با ادغام سریع پژوهش‌های آزمایشگاهی در کاربردهای بالینی و تغذیه پژوهش‌های تازه از این تجربه‌های بالینی، پیشرفت پیوسته پزشکی دانشگاهی را ممکن می‌کند. اما اگرچه exa-cel نخستین مورد از موج وعده‌داده‌شده درمان‌هایی است که جهش‌های ژنتیکی مرتبط با بیماری را مستقیماً ویرایش و ترمیم می‌کنند، برای فراهم کردن دسترسی حتی شدیدترین موارد در میان میلیون‌ها مبتلا به OHH در جهان به این درمان بالقوه علاج‌بخش، هنوز باید بر چالش‌های مهمی غلبه کرد.

Linus Pauling: «نخستین بیماری مولکولی»

در سال 1949، Linus Pauling در مقاله‌ای که تفاوت هموگلوبین طبیعی و مرتبط با بیماری سلول داسی‌شکل را شرح می‌داد، کم‌خونی داسی‌شکل را «نخستین بیماری مولکولی» نامید. اکنون می‌دانیم شایع‌ترین نوع OHH ناشی از یک جهش نقطه‌ای، از GAG به GTG، است که موجب جایگزینی یک اسید آمینه در جایگاه ششم هموگلوبین بزرگسال (HbS)، یعنی والین به‌جای اسید گلوتامیک، می‌شود. در افراد دارای این وضعیت، گلبول‌های قرمز تغییر شکل می‌دهند و در نتیجه اکسیژن کافی به بافت‌ها نمی‌رسد و درد شدید و کمبود اکسیژن ایجاد می‌شود. این بحران‌های درد در حاملان OHH معمولاً در شیرخواران حدود 6 ماهه شروع می‌شوند؛ زمانی که هموگلوبین حامل بهتر اکسیژن در دوره جنینی (HbF) جای خود را به هموگلوبین بزرگسال (HbS) می‌دهد.

یک جهش، پیامدهای متفاوت

در ژنوم انسان با 3 میلیارد جفت‌باز، تنها یک جهش نقطه‌ای که از هر دو والد به ارث رسیده باشد، برای ایجاد OHH کافی است. اما پزشکان مدت‌هاست تفاوت‌های بزرگی در شدت بیماری دیده‌اند که نقش تغییر‌دهنده جهش‌های سایر نواحی ژنوم بر OHH را مطرح می‌کند. به‌ویژه وضعیتی نادر به نام تداوم ارثی هموگلوبین جنینی (HPFH) وجود دارد که بحران‌های درد و مشکلات سلامتی مرتبط با OHH را کاهش می‌دهد. این وضعیت سطح هموگلوبین جنینی را بالا نگه می‌دارد. این مشاهده این ایده را به دانشمندان و پزشکان داد: اگر گلبول‌های قرمز دوباره به تولید هموگلوبین جنینی هدایت شوند، می‌توان مزایای HPFH را تقلید و علائم OHH را تا حد زیادی کاهش داد.

Exa-cel، نخستین نشانه‌های CRISPR-Cas9

مطالعات کنجکاوی‌محور ایمنی تطبیقی باکتری‌ها به کشف CRISPR-Cas9 انجامید و موفقیت exa-cel در ویرایش ژن نیز بر پژوهش‌های پایه تنظیم ژن گلوبین استوار است. در بیست سال گذشته، Orkin و همکارانش در بیمارستان کودکان بوستون و دانشکده پزشکی هاروارد، با همکاری‌های متعدد، سازوکارهای مولکولی بنیادی تغییر گلوبین را آشکار و هدف ژنومی ویرایش ژن CRISPR-Cas9 را که اکنون با نام exa-cel تأیید شده است، مشخص کرده‌اند.

کشف هدف مولکولی برای فعال‌سازی مجدد HbF بر ژنومیک نوین، به‌ویژه به‌کارگیری مطالعات ارتباط در سراسر ژنوم برای نقشه‌برداری جایگاه کروموزومی تنوع‌های ژنتیکی تعیین‌کننده سطح HbF، استوار است.

در موفقیتی شبیه کارآگاهی علمی، Thein، Cao، Orkin و همکاران ناحیه ژنومی مورد توجهی را پیرامون ژن BCL11A شناسایی کردند که با سطح بالای HbF و میزان پایین بحران‌های درد OHH همراه بود. مطالعات مولکولی بعدی Sankaran و Orkin به‌طور قطعی نشان داد BCL11A پروتئینی سرکوبگر است که رونویسی ژن را در گلبول‌های قرمز بالغ بزرگسال خاموش می‌کند. گروه Orkin به‌عنوان شاهدی برای یک درمان بالقوه نشان داد حذف BCL11A در مدل موشی OHH، کم‌خونی همولیتیک بیمارگونه را طبیعی می‌کند، شمار گلبول‌های قرمز و سطح هموگلوبین را بازمی‌گرداند و داسی‌شدن سلول‌ها را از بین می‌برد. سپس گروه‌های Bauer و Orkin با ایجاد گسترده جهش در نواحی کنترل رونویسی BCL11A با CRISPR-Cas9، محل‌های دقیق هدف‌گیری با CRISPR-Cas9 را برای تقلید HPFH و بازگرداندن بیان HbF تعیین کردند.

راهبرد CRISPR Therapeutics و Vertex Pharmaceuticals از هدف مشخص‌شده در این مطالعات استفاده کرد: تقویت‌کننده اختصاصی اریتروئیدی که بیان BCL11A را کنترل می‌کند. در سال 2021، داده‌های بالینی یک بیمار OHH و یک بیمار β-تالاسمی وابسته به تزریق خون گزارش شد و فرضیه تأیید شد: ویرایش CRISPR-Cas9 برای خاموش کردن بیان BCL11A، موجب افزایش بیان HbF و از بین رفتن بحران‌های درد در بیمار OHH و وابستگی به تزریق خون در بیمار β-تالاسمی شد. طی 2 سال بعد، 29 نفر از 30 بیمار OHH درمان‌شده، دست‌کم 12 ماه بدون بحران انسداد عروقی ماندند. همچنین همان‌طور که Locatelli و همکاران اکنون در Journal گزارش می‌کنند، در 32 نفر از 35 بیمار β-تالاسمی استقلال از تزریق خون حاصل شد. این نتایج چشمگیر، تأیید نظارتی exa-cel برای هر دو وضعیت را توجیه کردند. تحلیل ویرایش خارج از هدف اطمینان‌بخش بوده است، اما برای تضمین ایمنی روش‌های ویرایش ژن و مشخص شدن اینکه این درمان از آسیب‌های متعدد اعضا ناشی از OHH جلوگیری می‌کند یا نه، پیگیری بلندمدت لازم است.

آنچه در جزئیات نهفته است

اگرچه این موفقیت مایه جشن است، چالش‌ها ادامه دارند. Exa-cel به ویرایش ژن در چارچوب پیوند اتولوگ مغز استخوان نیاز دارد؛ این فرایند شامل جمع‌آوری سلول بنیادی، انتقال ژن برون‌تنی و اقدام پیوند تخصصی در سطح مراقبت ویژه است که همه بیمارستان‌های آمریکا توان مدیریت آن را ندارند.

مراکز پیوند در مناطق کم‌منبع، از جمله آفریقای جنوب صحرا که میلیون‌ها نفر در آن OHH دارند، نادرند. همچنین exa-cel بسیار پرهزینه است و با قیمت 2.2 میلیون دلار برای هر درمان عرضه شده است. اگرچه یک نوبت درمان ممکن است درمانی عملکردی فراهم کند، خطر ناباروری مانع دیگری برای پذیرش گسترده آن است. بیانیه کمیته برگزارکننده سومین اجلاس بین‌المللی ویرایش ژنوم انسان در مارس 2023، بر ضرورت دسترسی برابر به این درمان‌های ژنتیکی بالقوه علاج‌بخش و تداوم پژوهش درباره رویکردهای همگانی‌سازی درمان تأکید کرد.

داروها مقیاس‌پذیرتر از ژن‌درمانی‌ها هستند. ترکیب اخیراً تأییدشده voxelotor (Oxbryta, Pfizer) به‌عنوان درمان ضد داسی‌شدن برای OHH تأیید شده، اما علاج نیست. ساخت قرصی که بتواند بیان HbF را القا کند اولویت بالایی دارد. نوآوری‌های بیشتر در روش‌های ویرایش ژن مبتنی بر CRISPR شامل ویرایش باز و ویرایش پرایم است که می‌توانند جهش HbS را بازنویسی کنند. ویرایش پرایم می‌تواند باز جهش‌یافته را با بازی که افراد سالم دارند جایگزین کند.

آینده‌ای برابر و دسترس‌پذیر

در نهایت، روش درمانی دسترس‌پذیرتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر ممکن است نیاز به برداشت مغز استخوان اتولوگ، ویرایش ژن در آزمایشگاه و پیوند مغز استخوان را از بین ببرد. به‌جای آن، ویرایش ژن سلول‌های بنیادی هدف می‌تواند با ماشین‌های بسیار کوچک ترمیم ژن حاوی فناوری CRISPR، مستقیماً از طریق تزریق وریدی یا عضلانی انجام شود. یک درمان ساده و یک‌باره شبیه واکسن، از بزرگ‌ترین اهداف پزشکی ژنتیک است و برابری سلامت جهانی را افزایش خواهد داد. با توجه به پیشرفت سریع فناوری و موفقیت‌های اخیر، باور دارم این روش‌های ویرایش ژن از آزمایشگاه به کار بالینی خواهند رسید و سرانجام درمانی در دسترس همگان خواهند شد.

گزینه‌های دیگر ویرایش ژن نیز بیشتر می‌شوند

Exa-cel به‌عنوان نخستین داروی تأییدشده مبتنی بر ویرایش ژن، بر بیمارانی که فرصت دریافت درمان دارند عمیقاً اثر خواهد گذاشت. Exa-cel تنها یکی از چندین درمان بالقوه علاج‌بخش موجود است. درحالی‌که پیوند مغز استخوان از خواهر یا برادر سازگار از نظر HLA همچنان استاندارد مراقبت است، پروتکل‌های تازه پیوند با اهداکنندگان نیمه‌سازگار نتایج چشمگیری نشان می‌دهند. جایگزینی β-گلوبین با ناقل لنتی‌ویروسی، یعنی lovotibeglogene autotemcel [Lyfgenia, Bluebird Bio]، در همان روز exa-cel تأیید شد. انتخاب میان این درمان‌ها دشوار خواهد بود، زیرا ایمن‌ترین و مؤثرترین رویکرد هنوز کاملاً مشخص نشده است. کار دشوار پژوهش‌های پایه و انتقالی بالینی باید ادامه یابد.

رساندن مؤثر روش‌های ویرایش ژن به بدن از طریق تزریق وریدی یا عضلانی، هدف تبدیل ویرایش ژن به گزینه درمانی برابر و دسترس‌پذیر برای همه را دنبال می‌کند. این هدف در طرحی که Cure Sickle Cell Initiative در سال 2018 آغاز کرد و بنیاد Bill و Melinda Gates در تأمین مالی آن مشارکت داشت، در مقاله‌ای سرمقاله‌ای در NEJM توسط McCune و Kiem به‌عنوان اولویت تعریف شد. امکان اجرای ویرایش پرایم با هدف‌گیری سلول‌های بنیادی مغز استخوان از طریق تزریق وریدی در مدل موشی OHH اثبات شده است. اما این روش پیش از ورود به مطالعات بالینی به توسعه بیشتری نیاز دارد. با توجه به سرعت نوآوری فناوری و شتاب ناشی از موفقیت‌های اخیر، معتقدم انتقال رسانش مؤثر روش‌های ویرایش ژن به بدن از آزمایشگاه به کاربرد بالینی اجتناب‌ناپذیر است و بدین ترتیب ویرایش ژن به درمانی برابر و دسترس‌پذیر تبدیل خواهد شد.