Nieuwe CRISPR/Cas9 techniek corrigeert taaislijmziekte in gekweekte menselijke stamcellen

Taaislijmziekte (CF) is een van de meest voorkomende genetische ziekten wereldwijd en heeft grote gevolgen voor de patiënt. Doordat het slijm in de longen, keel en darmen taai en dik is, ontstaan namelijk verstoppingen in organen. Hoewel er behandelingen beschikbaar zijn om bijvoorbeeld het slijm te verdunnen en ontstekingen tegen te gaan, is CF nog niet te genezen. Een nieuwe studie van de groep van Hans Clevers (Hubrecht Institute) in samenwerking met het UMC Utrecht en Oncode Institute biedt echter nieuwe hoop.

CF-mutaties corrigeren

Het is de onderzoekers namelijk gelukt om de mutaties die CF veroorzaken te corrigeren in menselijke darmorganoïden. Deze organoïden, ook wel mini-organen genoemd, zijn kleine 3D structuren die de darmfunctie van CF-patiënten nabootsen. Ze werden eerder al door dezelfde onderzoeksgroep ontwikkeld uit stamcellen van patiënten met CF en opgeslagen in een biobank in Utrecht. Voor de studie, gepubliceerd in Life Science Alliance, werd een techniek genaamd prime editing gebruikt om in deze organoïden het stukje gemuteerd DNA dat CF veroorzaakt te vervangen door een gezond stukje DNA.

Veiliger dan CRISPR/Cas9

Prime editing is een nieuwe versie van de bekendere CRISPR/Cas9 genbewerkingstechniek. CRISPR/Cas9 knipt het DNA alvorens het te corrigeren. Hoewel dit het gemuteerde stukje DNA corrigeert, veroorzaakt het ook schade op andere plekken in het genoom. “Prime editing bewijst zich in onze studie als een veiligere techniek dan de conventionele CRISPR/Cas9. Het kan een nieuw stukje DNA inbouwen, zonder schade te veroorzaken elders in het DNA. Dat maakt de techniek veelbelovend voor toepassingen in patiënten,” aldus Maarten Geurts, eerste auteur op de publicatie.

Opzwellen

De mutaties die CF veroorzaken zijn gelokaliseerd in het CFTR-kanaal, dat aanwezig is in de cellen van verschillende organen, waaronder de longen. Door de mutaties functioneert het kanaal niet goed, waardoor de slijmlaag die de cellen bedekt te weinig water krijgt: het slijm wordt taai. In organoïden zonder mutaties leidt de toevoeging van een stofje genaamd forskolin tot het opzwellen van het mini-orgaan, maar deze respons blijft uit bij organoïden met mutaties in het CFTR-kanaal. “We hebben prime editing toegepast op de mutaties en zagen dat de behandelde organoïden vervolgens dezelfde respons gaven als de gezonde organoïden: ze zwollen op. Dat vormde het bewijs dat onze techniek had gewerkt en het gemuteerde DNA had vervangen,” aldus Geurts.

Genetische aandoeningen genezen

Nu de onderzoekers hebben laten zien dat de mutaties die CF veroorzaken op een veilige manier kunnen worden gecorrigeerd, komen toepassingen in de kliniek een stap dichterbij. “Nieuwere varianten van CRISPR/Cas9, zoals prime editing, kunnen mutaties corrigeren zonder schade te veroorzaken op een andere plek in het DNA. Daarmee kunnen we in de toekomst hopelijk genetische aandoeningen genezen of zelfs voorkomen.” Voor het zover is, liggen er ook nog wat uitdagingen op de onderzoekers te wachten. Zo moet de techniek nog wel worden aangepast voordat deze ook veilig in mensen kan worden gebruikt. “Maar dit is een mooie stap naar de succesvolle toepassing van prime editing in de kliniek,” besluit Geurts.

Publicatie

“Evaluating CRISPR-based Prime Editing for cancer modeling and CFTR repair in organoids”. Maarten Geurts, Eyleen de Poel, Cayetano Pleguezuelos-Manzano, Rurika Oka, Léo Carrillo, Amanda Andersson-Rolf, Matteo Boretto, Jesse Brunsveld, Ruben van Boxtel, Jeffrey Beekman, and Hans Clevers. Life Science Alliance (2021).