Hiểu về liệu pháp CRISPR

Bài viết được Dược Phẩm Mộc Lâm lược dịch từ bài viết của BS. Marzia Khan đăng trên News Medical.

CRISPR: Một bài học vỡ lòng

CRISPR, hay Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, là một công nghệ tiên tiến được phát triển vào năm 2012 có thể được sử dụng để chỉnh sửa gen. Nó có thể được sử dụng để tìm các trình tự DNA cụ thể bên trong tế bào để sửa đổi DNA. Công nghệ tiên tiến này cũng đã được điều chỉnh cho các ứng dụng như bật hoặc tắt một gen mà không thay đổi trình tự của nó. ¹

Mặc dù đã có các kỹ thuật chỉnh sửa gen trước khi CRISPR ra đời, nhưng chúng rất tốn thời gian, mất nhiều năm để đạt được sự chú ý và tốn hàng trăm nghìn đô la. Tuy nhiên, sự phát triển của CRISPR đã cách mạng hóa quá trình này, cung cấp một kỹ thuật chỉnh sửa gen rẻ hơn và đơn giản hơn, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học. ¹

Thành phần chính của hệ thống CRISPR bao gồm protein Cas9, được tìm thấy trong vi khuẩn, nơi nó bảo vệ chống lại vi-rút. Protein Cas9 có thể dễ dàng được lập trình để xác định và liên kết với bất kỳ trình tự DNA mục tiêu nào bằng cách cung cấp một đoạn RNA làm hướng dẫn cho quá trình tìm kiếm của nó. Sau đó, protein Cas9 chuẩn sẽ cắt DNA tại vị trí mục tiêu và khi vết cắt được sửa chữa, các đột biến sẽ được đưa vào, thường sẽ vô hiệu hóa gen. ¹

Ứng dụng CRISPR này được sử dụng nhiều nhất và được gọi là chỉnh sửa bộ gen hoặc chỉnh sửa gen; tuy nhiên, kết quả không chính xác như chúng ta thấy. Mặc dù CRISPR có thể được sử dụng để thực hiện các thay đổi chính xác hơn, chẳng hạn như thay thế các gen bị rối loạn chức năng, đây chính là chỉnh sửa bộ gen thực sự, nhưng quá trình này khó khăn hơn. ¹

CRISPR và bệnh tật của con người

Tiềm năng của ứng dụng CRISPR để điều trị các rối loạn di truyền có thể là rất lớn, với ứng dụng này cho phép điều trị các bệnh như thiếu máu hồng cầu hình liềm , xơ nang và thậm chí là ung thư. Ứng dụng điều trị này sẽ mang tính cách mạng đối với chăm sóc sức khỏe của dân số toàn cầu, với các rối loạn di truyền và bất thường bẩm sinh hiện diện ở 2-5% ca sinh trên toàn thế giới và chịu trách nhiệm cho tới 50% tổng số ca tử vong ở trẻ nhỏ. ²

Thiếu máu hồng cầu hình liềm bao gồm một rối loạn lặn nhiễm sắc thể thường di truyền với đột biến thay thế một axit amin trên nhiễm sắc thể 11, với axit glutamic được thay thế bằng valine. Sự thay thế axit amin đơn lẻ này gây ra sự hình thành hemoglobin S, là dạng hemoglobin gây bệnh. Sau đó, nó dẫn đến các tế bào máu bị biến dạng có hình lưỡi liềm trông giống như hình lưỡi liềm dưới kính hiển vi.

Các tế bào hồng cầu cứng, méo mó gây ra tất cả các triệu chứng của bệnh hồng cầu hình liềm bằng cách cản trở mạch máu, ức chế lưu lượng máu và gây đau dữ dội ở những vùng không được lưu thông đầy đủ. Sự cản trở này cũng dẫn đến tắc nghẽn ở tim, phổi, gan và mắt. ²

Mặc dù không có phương pháp điều trị xác định nào dành cho những người mắc bệnh hồng cầu hình liềm, nhưng có hai loại thuốc được FDA chấp thuận có thể làm giảm mức độ nghiêm trọng của chứng rối loạn này. Tuy nhiên, với sự ra đời của CRISPR, hai ứng dụng điều trị chính có thể có tác dụng điều trị bệnh hồng cầu hình liềm, bao gồm sửa chữa gen hemoglobin S hoặc thay thế hemoglobin S bằng hemoglobin F. ²

CRISPR-Cas9 cũng có thể được sử dụng để sửa chữa gen CFTR bị rối loạn chức năng gây ra bệnh xơ nang. Với việc sửa chữa gen qua trung gian CRISPR, chức năng của nó có thể được phục hồi, ngăn ngừa suy hô hấp do bệnh gây ra. ²

Năm 2018, thử nghiệm lâm sàng CRISPR Giai đoạn I đầu tiên tại Hoa Kỳ đã được mở, với mục đích sử dụng CRISPR/Cas9 để chỉnh sửa tế bào T tự thân nhằm mục đích miễn dịch trị liệu ung thư đối với nhiều loại ung thư khác nhau có khối u tái phát, nhưng không cần thêm bất kỳ phương án điều trị ceehữa khỏi nào. ³

Việc sử dụng    trong các bệnh truyền nhiễm như HIV cũng đã được khám phá. Nguyên lý đằng sau điều này là để giảm nhiễm trùng HIV-1 cũng như loại bỏ provirus bằng cách nhắm mục tiêu vào các cofactor tế bào, được sử dụng lần đầu tiên vào năm 2013 để điều trị HIV-1/AIDS. ²

Mở khóa tiềm năng: Chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 trong bệnh gan

Tiềm năng của công nghệ CRISPR trong việc nhắm mục tiêu vào các bệnh nhiễm trùng khác do vi-rút gây ra cũng rất đáng kể, vì thường rất khó để loại bỏ vi-rút sau khi chúng đã tìm được nơi để nhân lên bên trong tế bào chủ. Do đó, các phương pháp tiếp cận dựa trên CRISPR có thể được sử dụng để nhắm mục tiêu vào các trình tự vi-rút nhằm ngăn chặn vi-rút không thể trải qua quá trình phiên mã hoặc nhân bản. Tiềm năng của liệu pháp gen CRISPR có thể được sử dụng trên toàn cầu và thậm chí có thể cách mạng hóa chăm sóc sức khỏe ở các nước đang phát triển. ²

Những thách thức và cân nhắc về mặt kỹ thuật

Mặc dù công nghệ CRISPR có thể thúc đẩy sự tiến bộ trong y học và nghiên cứu y sinh, nhưng cũng có một số hạn chế, bao gồm các tác dụng ngoài mục tiêu. Tần suất cao của các tác dụng ngoài mục tiêu là mối quan tâm chính đối với việc triển khai CRISPR cho liệu pháp gen. ³

Tuy nhiên, hiện nay có những nỗ lực nhằm khắc phục hạn chế này, bao gồm các biến thể Cas9 được thiết kế để chứng minh hiệu ứng ngoài mục tiêu giảm và tối ưu hóa thiết kế hướng dẫn. Điều này bao gồm một phương pháp sử dụng nickase Cas9, một biến thể gây ra các đứt gãy mạch đơn kết hợp với một cặp RNA hướng dẫn duy nhất nhắm vào cả hai mạch DNA tại vị trí mục tiêu để tạo ra đứt gãy mạch đôi. ³

Phương thức cung cấp cho liệu pháp gen cũng là một thách thức, vì điều này có tác động đáng kể đến tính an toàn cũng như hiệu quả điều trị của nó. Liệu pháp gen truyền thống sử dụng vi-rút làm phương tiện cung cấp; tuy nhiên, điều này bao gồm các rủi ro như độc tính miễn dịch và ung thư chèn. ³

Các vectơ virus liên kết với Adeno (AAV) được sử dụng làm chất mang cho liệu pháp gen CRISPR, với hệ thống CRISPR được đóng gói dưới dạng DNA plasmid mã hóa các thành phần của nó như Cas9 và RNA hướng dẫn hoặc được phân phối dưới dạng mRNA của Cas9 và RNA hướng dẫn. ³

Axit nucleic của CRISPR có thể được đóng gói trong các vectơ AAV để phân phối hoặc phân phối vào các tế bào đích thông qua phương pháp điện di hoặc tiêm vi mô, với phương pháp sau loại bỏ các rủi ro liên quan đến vi-rút. ³ Tuy nhiên, các điều kiện của các phương pháp sau cũng có thể là thách thức vì mọi nhu cầu điều trị CRISPR đều yêu cầu một lượng lớn enzyme chỉnh sửa bộ gen vào tế bào, điều này có thể có nghĩa là phân phối nhiều đại phân tử cùng một lúc. ^3,4

Ngoài ra, còn có những lo ngại về phản ứng miễn dịch bẩm sinh đối với RNA hướng dẫn trong hệ thống CRISPR, vấn đề này đã được giải quyết thông qua phương pháp điều trị bằng phosphatase. ⁴

Tuy nhiên, một thách thức khác bao gồm con người có khả năng tiếp xúc trước với cùng kháng nguyên như Cas9 và các vectơ phân phối, chẳng hạn như vectơ adenovirus, cần thiết để mang các tác nhân thực hiện liệu pháp nhắm mục tiêu. Sự tiếp xúc này có thể kích hoạt miễn dịch dịch thể của cơ thể, được trung gian bởi kháng thể hoặc miễn dịch tế bào liên quan đến tế bào T gây độc. Điều này có thể gây ra các phản ứng có hại nghiêm trọng, tế bào biểu hiện Cas chết và điều trị CRISPR không hiệu quả. ⁴

Ý nghĩa về mặt đạo đức và quy định

Chỉnh sửa thể xác cho liệu pháp CRISPR đã được thực hiện sau khi cân nhắc kỹ lưỡng. Tuy nhiên, chỉnh sửa dòng mầm của con người để sử dụng trong điều trị vẫn còn rất nhiều tranh cãi. Điều này là do rủi ro chỉnh sửa thể xác có thể nằm trong con người. Tuy nhiên, với chỉnh sửa phôi thai, bất kỳ tác dụng phụ không lường trước và vĩnh viễn nào cũng có thể truyền sang con cái qua nhiều thế hệ, mà không có quyền tự chủ trong quá trình ra quyết định của những người thuộc thế hệ tiếp theo. ³

Quá trình phát triển liệu pháp chỉnh sửa dòng mầm CRISPR-Cas (CGET) có thể được phân loại thành ba giai đoạn, bao gồm nghiên cứu tiền lâm sàng, thử nghiệm lâm sàng và phân phối sau khi phê duyệt. Trước khi bắt đầu nghiên cứu bất kỳ liệu pháp nào, các nhà khoa học được yêu cầu phải xin tài trợ và phê duyệt từ hội đồng đạo đức của tổ chức. CGET phải được các cơ quan tài trợ và cơ quan quản lý của tổ chức đánh giá ngay từ đầu để kiểm tra tính an toàn và lợi ích của bệnh nhân trước khi có thể bắt đầu nghiên cứu. ⁵

Ngoài ra, các tiêu chuẩn an toàn sơ bộ cho nghiên cứu yêu cầu xác minh tính đặc hiệu của các sửa đổi do CRISPR gây ra trong dòng tế bào mô hình và đảm bảo DNA mới được đưa vào bộ gen sẽ truyền qua các thế hệ với tốc độ bình thường. Điều này là do một trong những rủi ro lớn nhất của CGET là các tác dụng phụ không mong muốn từ các alen mới chỉ được tìm thấy ở các thế hệ sau quá trình chỉnh sửa gen ban đầu. ⁵

Tương lai của liệu pháp CRISPR

Hầu hết các thử nghiệm liên quan đến ung thư dựa trên CRISPR đều bao gồm các nghiên cứu điều trị đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng Giai đoạn I hoặc II, với 54% nghiên cứu dành cho bệnh ác tính về máu và 46% dành cho khối u rắn. ⁶

Phương pháp chuyển tế bào nuôi cấy (ACT) của tế bào lympho T phản ứng với khối u, bao gồm tế bào T thụ thể kháng nguyên khảm (CAR), tế bào T được thiết kế thụ thể tế bào T (TCR-T) và tế bào lympho xâm nhập khối u (TIL), đã được báo cáo là một trong những phương pháp điều trị miễn dịch hứa hẹn nhất đối với bệnh ung thư và đã được nghiên cứu trong 86% các thử nghiệm lâm sàng dựa trên CRISPR, với mục đích được thiết kế bởi ribonucleoprotein Cas9 (RNP) để tăng khả năng điều trị của chúng. ⁶

Tiềm năng của công nghệ CRISPR có ý nghĩa quan trọng trong y học đối với nhiều bệnh, giúp tăng cường khả năng điều trị cho một bộ phận dân số toàn cầu có thể chưa có phương pháp điều trị hiệu quả cho đến nay. Từ ung thư đến các rối loạn hồng cầu hình liềm, công nghệ CRISPR có thể cách mạng hóa các liệu pháp chăm sóc sức khỏe hiện tại. ^2,6

Tài liệu tham khảo

1. Le Page M. CRISPR là gì? New Scientist. Xuất bản năm 2020. https://www.newscientist.com/definition/what-is-crispr/
2. Luthra R, Kaur S, Bhandari K. Ứng dụng của CRISPR như một liệu pháp tiềm năng. Khoa học sự sống . 2021;284(119908):119908. doi: https://doi.org/10.1016/j.lfs.2021.119908
3. Uddin F, Rudin CM, Sen T. Liệu pháp gen CRISPR: Ứng dụng, hạn chế và ý nghĩa cho tương lai. Frontiers in Oncology . 2020;10(1387). doi: https://doi.org/10.3389/fonc.2020.01387
4. Liu W, Li L, Jiang J, Wu M, Lin P. Ứng dụng và thách thức của chỉnh sửa gen CRISPR-Cas trong điều trị bệnh tại các phòng khám. Y học lâm sàng chính xác . 2021;4(3):179-191. doi: https://doi.org/10.1093/pcmedi/pbab014
5. Evitt NH, Mascharak S, Altman RB. Biến đổi CRISPR-Cas dòng mầm của con người: Hướng tới một khuôn khổ quản lý. Tạp chí Đạo đức sinh học Hoa Kỳ . 2015;15(12):25-29. doi: https://doi.org/10.1080/15265161.2015.1104160
6. Zhang S, Wang Y, Mao D, et al. Xu hướng hiện tại của các thử nghiệm lâm sàng liên quan đến hệ thống CRISPR/Cas. Frontiers in Medicine . 2023;10. doi: https://doi.org/10.3389/fmed.2023.1292452

Bài viết được đăng tải bởi Công Ty TNHH Thương Mại và Dược Phẩm MỘC LÂM ( MỘCLÂMPHARMA ) chuyên nhập khẩu và phân phối các sản phẩm thuốc, thiết bị y tế, thực phẩm bảo vệ sức khỏe. Công ty ưu tiên các sản phẩm chất lượng cao, ứng dụng nghiên cứu tiên phong của các công ty dược phẩm trong nước nhằm mang đến mức giá tối ưu cho Cộng đồng. Bên cạnh đó MỘC LÂM PHARMA cũng đặt trọng tâm hợp tác với các đối tác có lịch sử phát triển lâu đời dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực dược phẩm, các trung tâm nghiên cứu tuân thủ các tiêu chuẩn khắt khe nhằm đưa về thị trường Việt Nam những sản phẩm chất lượng, hiệu quả và an toàn.