Un gruppo di ricercatori dell'Istituto San Raffaele-Telethon per la
terapia genica (Tiget) di Milano è riuscito per la prima volta a riscrivere il DNA di
cellule staminali del sangue umano grazie all'editing del
genoma che consente di correggere gli errori direttamente sul gene malato.
In
particolare, grazie a "bisturi molecolari", gli scienziati sono
riusciti a riparare con assoluta precisione il difetto
responsabile di una grave immunodeficienza ereditaria, aprendo così le
porte all'applicazione sull'uomo, di questo innovativo metodo.
A firmare lo studio, pubblicato su Nature,
sono Luigi Naldini, direttore dell'Istituto
San Raffaele-Telethon per la terapia genica e docente dell'Università
Vita-Salute San Raffaele di Milano e Angelo Lombardo,
ricercatore presso le stesse Istituzioni.
"Fino ad oggi la terapia genica consisteva soprattutto nell'aggiungere una
copia funzionante di un gene quando quello presente era difettoso, usando un
virus opportunamente manipolato e reso innocuo; un po' come usare una stampella
quando ci si sia rotti una gamba - spiega Luigi Naldini - con il
nuovo studio pubblicato oggi su Nature abbiamo fatto un importante passo
avanti. L'editing del genoma ci consente di correggere direttamente il difetto
genetico sul DNA, un po' come riparare l'osso fratturato.
È un vantaggio
straordinario, perché ci permette di ripristinare non solo la funzione ma anche
la naturale regolazione di quel gene (quanto, quando e dove viene espresso)
cosa che oggi non possiamo fare fedelmente quando introduciamo con un virus una
nuova copia del gene dall'esterno. E abbiamo dimostrato come farlo nelle
cellule staminali emopoietiche, le madri di tutte le cellule del sangue".
La nuova tecnica usa le
endonucleasi artificiali, proteine costruite in laboratorio e usate per indurre
la modificazione di una specifica sequenza di DNA.
Le nucleasi artificiali sono costituite da due porzioni distinte, una in
grado di legarsi al gene da riparare, l'altra di tagliare la sequenza di DNA difettosa e di mettere così in
moto i normali meccanismi riparativi della cellula che ricopiano nel sito del
taglio una sequenza corretta.
In particolare Luigi Naldini e il gruppo di ricerca hanno
provato ad applicare questa tecnologia alla malattia SCID-X1,
una immunodeficienza ereditaria in cui la terapia genica
"tradizionale" pur funzionando, ha dato in passato, nel corso di una
sperimentazione condotta in Francia, dei problemi di sicurezza. Alcuni dei
pazienti trattati, infatti, svilupparono leucemie a seguito di un’espressione
incontrollata del gene terapeutico e dell'inserzione casuale del vettore che
era avvenuta vicino ad un gene oncogeno e ne aveva attivato il potenziale
tumorigenico.
La SCID – X1 è dovuta al difetto in un gene, IL2RG, essenziale
per lo sviluppo delle cellule del sistema immunitario: i linfociti T e le
cellule "Natural Killers" (NK). In assenza della proteina
IL2RG, le cellule staminali del midollo osseo non sono in grado di dare origine
a questi cruciali elementi difensivi del sangue: i pazienti affetti sono
soggetti a gravissime infezioni fin dalla prima infanzia e costantemente in
pericolo di vita.
Finora i ricercatori non erano riusciti ad applicare la tecnologia dell’editing
del genoma alle cellule staminali ematopoietiche umane, piuttosto “restie” ad
accogliere e utilizzare il macchinario di riparazione ed editing del DNA
fornito dall’esterno.
"Siamo riusciti a
individuare la giusta combinazione di stimoli per risvegliarle e poter
utilizzare i nostri “bisturi molecolari” per riparare il difetto genetico a
carico del gene IL2RG - spiega il primo autore del lavoro, Pietro Genovese,
ricercatore dell'Istituto San Raffaele-Telethon - abbiamo inoltre dimostrato la sicurezza e l’efficacia di
questo approccio terapeutico in un modello murino in cui avevamo “ricreato” un
sistema ematopoietico umano difettoso: le cellule da noi corrette con la
tecnica dell’editing del genoma sono riuscite da sole a rigenerare il sistema
immunitario, dando origine a linfociti T e cellule NK completamente
funzionanti".
Con questa strategia sarà possibile in futuro non solo superare alcuni dei più
importanti ostacoli che oggi rallentano l'applicazione della terapia genica, ma
anche ingegnerizzare le cellule staminali in modo sempre più
preciso e innovativo.
La ricerca è stata sostenuta dai finanziamenti della Fondazione Telethon, dell’Unione europea e del Ministero della Salute e si è avvalsa anche della collaborazione della Sangamo Biosciences.