Met mRNA tegen spierafbraak – wissenschaft.de

De meeste vormen van spierdystrofie worden veroorzaakt door een enkel defect gen. De progressieve spierafbraak is echter nog niet genezen. De onderzoekers hebben nu de basis gelegd voor een mogelijke therapeutische aanpak: met behulp van mRNA hebben ze een schaar van het CRISPR/Cas9-gen ingebracht in menselijke spierstamcellen. Op deze manier konden ze het defecte gen repareren. In celkweek vormen de herstelde stamcellen met succes spiervezels. Klinische proeven bij patiënten moeten worden voortgezet.

Een kleine verandering in het genoom kan ernstige gevolgen hebben. In bijna alle van de 50 bekende vormen van spierdystrofie betekent een enkele genmutatie dat bepaalde eiwitten die essentieel zijn voor het spiermetabolisme ontbreken. Als gevolg hiervan breekt spierweefsel na verloop van tijd af, wat resulteert in spierzwakte en uiteindelijk het onvermogen om zelfstandig objecten te verplaatsen, te slikken of vast te houden. Bestaande medicijnen kunnen de progressie van de ziekte vertragen en de levensverwachting van de getroffenen verlengen. Spierdystrofie is nog niet behandeld.

Genherstel in spierstamcellen

Voor de behandeling zal het nodig zijn om het defecte gen te repareren. Een team onder leiding van Christian Stadelmann van het Centrum voor Experimenteel en Klinisch Onderzoek (ECRC) van het Max Delbrück Centrum voor Moleculaire Geneeskunde (MDC) en Charité – Universitätsmedizin Berlin onderzoekt nu de mogelijkheid van een dergelijke gentherapie. “Jarenlang hebben we het idee nagestreefd om spierstamcellen van patiënten te nemen, de veranderde genen te repareren met behulp van de CRISPR/Cas9-genschaar en de behandelde cellen terug in de spier te injecteren, zodat ze zich daar vermenigvuldigen en nieuw spierweefsel vormen. “, legt Stadelmann-collega Helena Escobar uit.

In de huidige studie namen de onderzoekers spierstamcellen van donoren van verschillende leeftijden en geslachten. De onderzoekers gebruikten mRNA om de constructiehandleiding van de CRISPR/Cas9-genschaar de cellen in te smokkelen. In eerdere experimenten op muizen gebruikten ze zogenaamde plasmiden in plaats van dit messenger RNA – circulaire dubbelstrengs DNA-moleculen afkomstig van bacteriën. In tegenstelling tot enkelstrengs mRNA bestaat bij plasmiden het risico dat het onbedoeld in het menselijk genoom wordt geïntegreerd en tot ongewenste effecten leidt. “Dus we waren niet in staat om patiënten op die manier te behandelen”, zegt Escobar.

mRNA als drager

Aan de andere kant wordt mRNA na korte tijd in de cel gesplitst. Aldus biedt mRNA-gemedieerde levering een platform om de cel te stimuleren om genmodificerende enzymen te produceren voor therapeutische genoombewerkingstoepassingen op een in de tijd beperkte manier en zonder het risico van integratie in het genoom. Daarbij baseren ze zich op een principe dat vergelijkbaar is met dat van het mRNA-vaccin tegen het coronavirus. “De mRNA-moleculen in vaccins bevatten de genetische informatie om het stekelige eiwit van het virus te bouwen, waarmee de ziekteverwekker in menselijke cellen doordringt”, legt Stadelmann uit. “Voor onze doeleinden gebruiken we mRNA-moleculen die instructies bevatten om genenschaar te bouwen.” In tegenstelling tot vaccins, die het menselijk DNA niet kunnen veranderen, kan een genetische schaar defecte genen gericht repareren.

Zodat het mRNA de cellen kon bereiken, maakten de onderzoekers de celmembranen van de verwijderde spierstamcellen tijdelijk doorlaatbaar voor de grotere moleculen. Om dit te doen, gebruikten ze een proces genaamd elektroporatie, waarbij ze een elektrisch veld op de cellen aanbrachten en zo de eigenschappen van het membraan tijdelijk veranderden. Ze gebruikten een truc om te controleren of het mRNA daadwerkelijk werd opgenomen: “Met behulp van het mRNA, dat de genetische informatie van de groene fluorescerende kleurstof bevat, konden we aanvankelijk aantonen dat bijna alle stamcellen de mRNA-moleculen opnemen”, meldt Stadelmann.

Geplande klinische onderzoeken

Om aan te tonen dat het inderdaad mogelijk is om het genoom van cellen op deze manier te modificeren, gebruikten de onderzoekers een genetische schaar om het gen voor een oppervlaktemolecuul van spierstamcellen te veranderen. Dit molecuul heeft geen effect op de celfunctie, maar is wel gemakkelijk te detecteren. Ze slaagden er zelfs in om gerichte veranderingen aan te brengen in het gen dat zichtbaar werd door een verandering in de expressie van oppervlaktemoleculen. Tests met een ander hulpmiddel voor moleculaire genetica, dat, in tegenstelling tot de CRISPR/Cas9-genschaar, geen DNA knipt, maar in plaats daarvan de basis met uiterste precisie verwisselt, zijn ook succesvol geweest. In celkweek konden genetisch gemodificeerde spierstamcellen met elkaar versmelten en jonge spiervezels vormen, net als gezonde spiercellen.

“We zijn nu van plan om tegen het einde van het jaar de eerste klinische studie te starten met vijf tot zeven patiënten met spierdystrofie”, zegt Simon Koehler, collega van Stadelman. Spierstamcellen moeten bij patiënten worden verwijderd, gerepareerd en vervolgens weer in de spier worden getransplanteerd – vergelijkbaar met wat de onderzoekers al bij muizen hebben getest. Allereerst is deze methode alleen geschikt voor het herstellen van kleine spieren. “Patiënten die een rolstoel gebruiken, zullen niet zomaar opstaan ​​​​en na de behandeling gaan lopen”, zegt Koehler. Maar voor veel patiënten is dit een enorme stap voorwaarts als een kleine spier weer beter gaat werken, wat belangrijk is bij het grijpen of slikken.

Op de langere termijn willen de onderzoekers ook manieren ontwikkelen waarop moleculaire hulpmiddelen niet alleen in geïsoleerde spierstamcellen kunnen worden ingebracht, maar direct in spieren. In dit geval is het misschien ook mogelijk om grotere spieren te repareren, zoals die nodig zijn voor staan ​​en lopen.

Bron: Christian Stadelmann (Max Delbrück Center for Molecular Medicine at the Helmholtz Society (MDC), Berlin) et al., Molecular Therapy, Nucleic Acids, doi: 10.1016/j.omtn.2022.02.016

© wissenschaft.de – Elena Bernard