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L'immunodeficienza combinata grave da deficit di adenosina deaminasi (Ada-Scid) è una rara malattia genetica caratterizzata dalla completa assenza di difesa dalle infezioni: per questi bambini anche un semplice raffreddore può risultare fatale. Alessandro Aiuti, ricercatore dell'Istituto San Raffaele-Telethon di Milano ne spiega le cause e racconta come grazie alla ricerca Telethon questa grave malattia sia oggi definitivamente curabile con la terapia genica.

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Jennifer Doudna: Ora possiamo modificare il nostro DNA. Ma facciamolo in modo saggio.

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La genetista Jennifer Doudna ha co-inventato una nuova, innovativa tecnologia per modificare i geni, chiamata CRISPR-Cas9. Questo strumento permette agli scienziati di realizzare dei cambiamenti precisi nei filamenti di DNA, i quali potrebbero portare alla scoperta di nuove cure delle malattie genetiche...ma potrebbe anche essere utilizzata per creare i cosidetti "bambini ingegnerizzati".

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Cos'è? Quando e come nasce? Quali le speranze per il futuro? Un'animazione che racconta la terapia genica, il trattamento delle malattie a carattere genetico attraverso la modificazione dei geni dell'organismo. Video originale: https://www.youtube.com/watch?v=Q_VKuF0JDTg

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La vera rivoluzione in questo campo arriva nel 2012, con la scoperta del sistema Crispr-Cas9, un sistema naturalmente presente in moltissimi batteri, che permette di modificare qualsiasi tipo di cellula vegetale e animale, uomo incluso, anche a livello di singola lettera. Soprattutto, un sistema "programmabile" che non richiede di riprogettare tutto dall'inizio per bersagliare un nuovo gene, favorendo in questo modo un notevole abbattimento dei costi e l'accelerazione della ricerca. In pochi anni, scienziati di tutto il mondo hanno cominciato a studiarne le potenziali applicazioni terapeutiche in numerosi ambiti, dalle malattie genetiche rare ( distrofia muscolare di Duchenne, talassemia, emofilia B, X-SCID, fibrosi cistica), ai tumori, passando per le malattie neurologiche come quelle di Alzheimer e Parkinson, fino alle malattie infettive come l'AIDS. Come nel caso della terapia genica, anche CRISPR può essere utilizzato "in vivo" o "ex vivo".

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Che cos'è l'Editing Genetico - Fondazione Telethon

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L'editing genetico permette di intervenire in maniera precisa per trovare e correggere gli errori genetici nel DNA anche a livello di una singola lettera.

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Rai Documentari presenta CRISPR - Il codice della vita - La più grande rivoluzione tecnologica del ventunesimo secolo non è digitale ma biologica, si chiama CRISPR ed ha dato agli scienziati un controllo senza precedenti sugli elementi fondamentali della vita... Di Adam Bolt

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CRISPR - Il codice della vita - Video - RaiPlay

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Rai Documentari presenta CRISPR - Il codice della vita - La più grande rivoluzione tecnologica del ventunesimo secolo non è digitale ma biologica, si chiama CRISPR ed ha dato agli scienziati un controllo senza precedenti sugli elementi fondamentali della vita... Di Adam Bolt

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LE SCIENZE LIVE | A. Rochira - Genome editing e CRISPR

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EMA raccomanda una nuova terapia genica per il trattamento della leucodistrofia metacromatica - EMA raccomanda una nuova terapia genica per il trattamento della leucodistrofia metacromatica

EMA raccomanda una nuova terapia genica per il trattamento della leucodistrofia metacromatica

Pillola dal Mondo n. 1892 - L'EMA ha raccomandato il rilascio dell'autorizzazione all'immissione in commercio nell'Unione Europea per la terapia genica Libmeldy, per il trattamento della leucodistrofia metacromatica (MLD), una malattia metabolica ereditaria rara che colpisce il sistema nervoso. Libmeldy è indicato per l'uso nei bambini con forme di MLD "infantile tardiva" o "giovanile precoce", che sono stati identificati come portatori del gene difettoso ma non hanno ancora sviluppato sintomi. È indicato anche nei bambini a cui è stata diagnosticata la forma giovanile precoce che hanno iniziato a sviluppare sintomi ma hanno ancora la capacità di camminare in modo indipendente e prima dell'inizio del declino cognitivo.

Attualmente non esiste una terapia per la MLD, una malattia causata da un difetto nel gene che produce l'enzima arilsulfatasi A (ARSA), che provoca un accumulo di solfatidi nel sistema nervoso centrale e periferico. Il danno causato da questo porta alla progressiva perdita della funzione motoria e delle capacità cognitive e, in ultima analisi, alla morte.

Circa la metà dei pazienti con il gene ARSA difettoso mostra i primi sintomi entro i tre anni di età. Quando i sintomi compaiono nei bambini piccoli, il decorso della malattia è tipicamente grave; la maggior parte dei bambini perde la capacità di camminare o parlare entro pochi mesi dai primi sintomi e oltre il 75% muore entro cinque anni. Pertanto per questi pazienti esiste un'esigenza medica insoddisfatta. La malattia può comparire anche più tardi durante l'infanzia o durante l'età adulta. Anche questi pazienti sperimentano un declino della funzione motoria e cognitiva e alla fine muoiono a causa della malattia, ma a un ritmo più lento rispetto alle forme ad esordio precoce della malattia.

Libmeldy è un medicinale di terapia genica, per il quale le cellule staminali emopoietiche CD34 + e le cellule progenitrici vengono raccolte dal midollo osseo del paziente o dal sangue periferico mobilizzato. Queste cellule vengono modificate per inserire un gene funzionale per produrre l'enzima ARSA. Quando le cellule modificate vengono reimmesse nel paziente come infusione una tantum, ci si aspetta che inizino a produrre l'enzima ARSA che scompone l'accumulo di solfatidi nelle cellule nervose e in altre cellule del corpo del paziente.

Nella sua valutazione complessiva dei dati disponibili, il Comitato per le terapie avanzate dell'EMA (CAT) ha rilevato che i benefici di Libmeldy superavano i possibili rischi nei pazienti con forme di MLD infantili tardive o giovanili precoci che non hanno ancora alcun sintomo e in pazienti con forma giovanile precoce con primi sintomi della malattia. Negli studi clinici, Libmeldy ha dimostrato più efficacia nei pazienti che non avevano ancora sviluppato i sintomi. Una volta ricevuto il medicinale, le loro prestazioni per quanto riguarda la funzione cognitiva e motoria sono state mantenute e paragonabili a quelle dei loro coetanei sani durante il periodo di osservazione.

Tuttavia, nei pazienti con la forma giovanile precoce di MLD che già mostravano sintomi quando hanno ricevuto Libmeldy per la prima volta, gli effetti sono stati meno pronunciati. È stato osservato un possibile declino più lento della funzione motoria mentre la funzione cognitiva è stata mantenuta rispetto a quanto si sa sulla progressione della malattia nei pazienti non trattati. Più la malattia era già progredita in questi pazienti, meno effetti positivi si potevano osservare. Pertanto, nei pazienti con forma giovanile precoce di MLD che hanno già sviluppato sintomi, il CAT ha concluso che il successo del trattamento è massimizzato se al momento della diagnosi, dello screening per il trattamento e del trattamento, i bambini possono ancora camminare in modo indipendente e non presentano segni di declino cognitivo.

Le principali reazioni avverse osservate negli studi clinici sono state febbre, neutropenia febbrile, stomatite e mucosite. Questi effetti indesiderati sono correlati al medicinale utilizzato per preparare il paziente al trattamento con Libmeldy. Come per tutti gli interventi con cellule staminali ematopoietiche, esiste inoltre il rischio che i pazienti sviluppino più avanti nel corso della vita tumori maligni come leucemia o linfoma.

Il parere adottato dal CHMP rappresenta un passo intermedio nel percorso di Libmeldy verso l'accesso dei pazienti e sarà ora inviato alla Commissione Europea per l'adozione di una decisione sull'autorizzazione all'immissione in commercio in tutta l'Unione Europea. Una volta autorizzato, le decisioni riguardanti il prezzo e il rimborso saranno assunte da ciascuno Stato membro, tenendo conto del potenziale ruolo/uso di questo medicinale nel contesto del proprio sistema sanitario nazionale.

Pubblicato il: 28 ottobre 2020

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Pillola dal Mondo n. 1892 - L'EMA ha raccomandato il rilascio dell'autorizzazione all'immissione in commercio nell'Unione Europea per la terapia genica Libmeldy, per il trattamento della leucodistrofia metacromatica (MLD), una malattia metabolica ereditaria rara che colpisce il sistema nervoso. Pillola dal Mondo n.

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Strimvelis è il risultato di oltre 20 anni di ricerca di medici e ricercatori dell'Istituto San Raffaele-Telethon per la terapia genica (SR-Tiget) ed è stata approvata nel 2016 dall'Agenzia europea del farmaco come primo farmaco salvavita per una rara malattia genetica altrimenti incurabile, chiamata ADA-SCID ( immunodeficienza severa combinata da deficit di adenosina-deaminasi).
Cos'è strimvelis
Si stima che ogni anno in Europa siano circa 15 i bambini che nascono con questa malattia: il loro sistema immunitario, fortemente compromesso, non è in grado di combattere le infezioni più comuni e può portare alla morte entro il primo anno di vita se non si interviene tempestivamente.

Prima dello sviluppo della terapia genica, l'unica opzione potenzialmente risolutiva era il trapianto di midollo osseo da donatore: una procedura invasiva e non esente da rischi anche gravi, che dipendono anche dal grado di compatibilità del donatore.

La terapia genica di Strimvelis prevede invece, grazie a un'unica somministrazione, la correzione delle cellule staminali del midollo osseo del paziente con un vettore di origine virale, che introduce nel loro patrimonio genetico una versione corretta e funzionante del gene difettoso.
I pazienti trattati con la terapia
Dal 2000 a oggi sono 40 i pazienti affetti da ADA-SCID che hanno ricevuto la terapia messa a punto all'SR-Tiget, se si considerano sia il prodotto sperimentale somministrato nel corso degli studi clinici e in modalità compassionevole, sia il farmaco commerciale approvato nel 2016. Strimvelis ha offerto la prospettiva di un futuro a tutti i pazienti trattati, che non avevano un donatore familiare compatibile di midollo osseo e non avevano quindi alcuna opzione terapeutica.

Come tutti i farmaci però, anche Strimvelis non è completamente esente da rischi, che sono stati ampiamente studiati dai ricercatori nel corso degli anni e sono stati valutati in rapporto ai benefici, alla gravità della malattia e alla disponibilità o meno di alternative terapeutiche.
La notizia di una potenziale reazione avversa
A ottobre 2020, è stato reso noto che un paziente (trattato nel 2016) ha sviluppato una leucemia: un potenziale effetto avverso che potrebbe essere stato causato dall'inserimento del vettore virale in un punto "sbagliato" del patrimonio genetico e che, a sua volta, potrebbe aver innescato una trasformazione tumorale.

Il paziente è stato subito sottoposto alle cure necessarie per trattare la leucemia e la speranza è che torni presto a una vita serena insieme ai suoi familiari. Sono ora in corso le analisi per comprendere meglio le cause che hanno portato allo sviluppo del tumore e, nell'attesa di avere maggiori informazioni, la somministrazione del farmaco ad altri pazienti è stata temporaneamente sospesa.

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STRIMVELIS: la prima terapia genica a base di cellule staminali

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Strimvelis è il risultato di oltre 20 anni di ricerca di medici e ricercatori dell'Istituto San Raffaele-Telethon per la terapia genica (SR-Tiget) ed è stata approvata nel 2016 dall'Agenzia europea del farmaco come primo farmaco salvavita per una rara malattia genetica altrimenti incurabile, chiamata ADA-SCID ( immunodeficienza severa combinata da deficit di adenosina-deaminasi).

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Jennifer Doudna: Ora possiamo modificare il nostro DNA. Ma facciamolo in modo saggio.

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La genetista Jennifer Doudna ha co-inventato una nuova, innovativa tecnologia per modificare i geni, chiamata CRISPR-Cas9. Questo strumento permette agli scienziati di realizzare dei cambiamenti precisi nei filamenti di DNA, i quali potrebbero portare alla scoperta di nuove cure delle malattie genetiche...ma potrebbe anche essere utilizzata per creare i cosidetti "bambini ingegnerizzati".

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CRISPR-Cas, il kit "taglia e cuci" per modificare il genoma | Carla Portulano | TEDxCesena

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Aula di Scienze Zanichelli

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Il premio Nobel della Chimica del 2020 va due scienziate, la francese Emmanuelle Charpentier e la statunitense Jennifer A. Doudna, per i loro studi su CRISPR/Cas9 e per il loro contributo allo sviluppo dell' editing genomico.

CRISPR/Cas9 (spesso chiamato solo CRISPR) è una scoperta piuttosto recente: i primi studi di Charpentier e Doudna risalgono a soli otto anni fa, ma questo breve lasso di tempo è stato sufficiente a dimostrare le enormi potenzialità di questo sistema. In pochi anni, CRISPR ha rivoluzionato le scienze della vita permettendo di modificare, con un livello di precisione altissimo, il genoma di microrganismi, piante e animali. La versatilità di questa tecnologia permetterà in futuro di ampliare sempre più i campi di applicazione: la speranza è quella di poter correggere gli errori genetici congeniti o acquisiti alla base di malattie ereditarie e tumori.

Che cos'è l'editing genomico?

Il termine editing genomico indica una serie di tecnologie genetiche che consentono di modificare in modo mirato sequenze specifiche del genoma di un organismo, senza alterare il resto del suo DNA. Già prima di CRISPR/Cas9, gli scienziati erano riusciti a mettere a punto sistemi per modificare punti specifici di una sequenza genomica. Tuttavia, questi sistemi - i più noti dei quali sono quelli basati sulle nucleasi a dita di zinco (o ZFN) e sulle nucleasi TALEN - sono molto laboriosi e complessi, e quindi difficili da impiegare su larga scala. Con la scoperta del sistema basato su CRISPR/Cas9, Charpentier e Doudna hanno regalato al mondo della genetica un sistema molto più maneggevole e versatile, grazie al quale è possibile, in linea teorica, intervenire e correggere qualsiasi sequenza genica. Come ha sottolineato la portavoce dell'Accademia reale svedese delle scienze al momento della premiazione, "l'unico limite è l'immaginazione".

Come è stato scoperto CRISPR/Cas9?

La scoperta delle "forbici genetiche" su cui si basa CRISPR/Cas9 si deve ad Emmanuelle Charpentier, la scienziata francese oggi in forze alla Max Planck Gesellshaft di Berlino. Studiando il batterio patogeno Streptococcus pyogenes, il gruppo di ricerca di Charpentier si è imbattuto in una molecola di RNA completamente nuova, un crRNA transattivatore o tracrRNA, e ha dimostrato che faceva parte di una forma ancestrale di difesa dei batteri nei confronti delle infezioni virali, il sistema CRIPSR/Cas9.

CRISPR/Cas9, ritrovato nel genoma di moltissime specie batteriche e negli archea, costituisce una sorta di memoria immunitaria: quando i virus infettano un batterio, introducono il loro genoma all'interno della cellula ospite; se il batterio sopravvive all'infezione, un pezzo del genoma virale viene inserito nel genoma batterico e va a far parte di una sorta di archivio di tutte gli incontri che il batterio ha avuto con virus patogeni e che può essere impiegato dal batterio per proteggersi da future infezioni.

Ecco quindi spiegato l'acronimo CRISPR, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats: l'archivio di sequenze di origine virale si concentra infatti in una specifica regione del genoma batterico ed è costituito da brevi sequenze di DNA, ripetute e palindromiche, raggruppate e separate tra di loro con regolarità.

Se un batterio viene infettato per la seconda volta dallo stesso virus, la sequenza CRISPR corrispondente viene trascritta in un RNA che è complementare a una porzione del genoma virale. L'appaiamento tra RNA-guida e genoma virale chiama sulla scena il terzo componente del sistema, un'endonucleasi. Anche se spesso viene indicato semplicemente con l'acronimo CRISPR, il nome completo del sistema di editing include infatti anche il nome dell' enzima Cas9, un'endonucleasi che taglia in modo mirato (cioè nel punto in cui lo porta l'RNA guida) le sequenze di DNA del virus, inattivandolo prima che possa instaurare il ciclo infettivo.

Come funziona il sistema di editing CRISPR/Cas9?

Dopo la pubblicazione della sua scoperta (2011), Charpentier ha iniziato una proficua collaborazione con la collega statunitense Jennifer Doudna, una biochimica della Berkely University in California. Gli studi delle due scienziate hanno permesso, nel 2012, di passare rapidamente dalla scoperta all'invenzione: il sistema batterico CRISPR/Cas9 è stato ingegnerizzato abbinando uno specifico RNA-guida all'azione dell'enzima Cas9. Questo sistema ha permesso di riprodurre in vitro l'attività di "taglia e cuci" osservata nei batteri.

Grazie alla creazione di intere librerie di RNA-guida, è inoltre possibile, almeno ipoteticamente, indirizzare l'attività di editing di CRISPR/Cas9 verso qualsiasi sequenza genica contenuta nel genoma degli esseri umani o di altri organismi. L'enorme versatilità di questa tecnologia, unità alla facilità di impiego e ai costi contenuti, ha permesso a CRISPR di superare in pochi anni i precedenti metodi di editing genomico, diventando oggi una delle biotecnologie più promettenti.

Questo video illustra il funzionamento del sistema CRISPR/Cas9:

CRISPR/Cas9 ci permetterà di riscrivere il codice della vita?

A partire dal 2012, il sistema CRISPR/Cas9 è stato impiegato in moltissime applicazioni che ne hanno dimostrato l'enorme potenzialità, inclusa quella di applicarlo in modo efficace anche a cellule eucariote in vivo. Ulteriori migliorie alla metodica hanno poi portato a una nuova versione del sistema, chiamata CRISPR/Cpf1, in cui viene impiegato un enzima (Cfp1) ancora più preciso.

Dalla ricerca di base alle applicazioni biotecnologiche, gli esempi non mancano e riguardano soprattutto l'ambito delle green biotech e delle colture geneticamente modificate (GM). L'utilizzo di CRISPR per generare piante GM permetterebbe di superare alcuni dei limiti incontrati finora con le tecniche del DNA ricombinante e potrebbe aiutare a fare fronte al cambiamento climatico (con piante GM resistenti alla siccità) o a sopperire alle esigenze nutrizionali di una popolazione mondiale in crescita costante (con piante resistenti ai parassiti).

Le applicazioni in campo biomedico rimangono le più lontane da realizzare ma anche le più promettenti. Nell'agenda dei ricercatori spiccano, in particolare, gli studi per la terapia di malattie ereditarie congenite, come la fibrosi cistica o l'anemia falciforme, o per la correzione di difetti genetici che causano tumori. In questi anni sono apparsi già alcuni risultati preliminari promettenti (per esempio, l'utilizzo di CRISPR in un protocollo di immunoterapia antitumorale), ma per indiscutibili motivi etici e di sicurezza, un utilizzo diffuso di CRISPR nelle cellule umane richiederà norme e regolamenti stringenti, da condividere a livello internazionale tra tutta la comunità scientifica (basti vedere, a questo proposito, lo scalpore suscitato dai cosiddetti "CRISPR babies", di cui abbiamo parlato anche sull' Aula di Scienze).

CRISPR/Cas9 potrebbe trovare impiego anche per la terapia di malattie infettive. Per esempio, questo sistema di editing, anziché correggere un gene mutato, potrebbe essere usato per inattivare i geni di virus il cui genoma, dopo l'infezione, si integra nel genoma umano dando vita a infezioni croniche e latenti (come il virus HIV e l' herpes virus). La facilità di utilizzo di CRISPR lo rende inoltre un ottimo sistema per investigare in tempi molto rapidi soluzioni a situazioni di emergenza, come nel caso della pandemia causata dal nuovo coronavirus SARS-CoV-2. Alcuni ricercatori stanno già studiando, seppure ancora in laboratorio, metodi per diagnosticare l'infezione o per mettere a punto terapie mirate per la COVID-19.

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Foto banner e box: nobelprize.org

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Nobel Chimica 2020 a CRISPR | Zanichelli Aula di scienze

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Il premio Nobel della Chimica del 2020 va due scienziate, la francese Emmanuelle Charpentier e la statunitense Jennifer A. Doudna, per i loro studi su CRISPR/Cas9 e per il loro contributo allo sviluppo dell' editing genomico.

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COME FUNZIONA LA TERAPIA GENICA?

Tra le diverse terapie avanzate e di precisione, la terapia genica è una delle prime ad essere state ideate e ha l'obiettivo di trattare una patologia mirando direttamente alle sue basi genetiche. Il concetto base di questa strategia terapeutica è di fornire all'organismo una copia corretta del gene difettoso o un altro gene che possa compensarne il malfunzionamento nelle cellule colpite dalla malattia.
Esistono due principali modalità di somministrazione per la terapia genica:

in vivo: il "gene terapeutico" viene somministrato direttamente nell'organismo del paziente, mediante un'iniezione per via locale (organo bersaglio) o per via sistemica (nella circolazione sanguigna);

ex vivo: la correzione avviene all'esterno dell'organismo del paziente. Infatti, le cellule bersaglio vengono prelevate dal paziente, modificate geneticamente, e reintrodotte nel paziente stesso.

Per veicolare il "gene terapeutico" all'interno delle cellule o dell'organismo si utilizzano generalmente dei vettori virali: ad oggi i più utilizzati sono i vettori virali adeno-associati (AAV).

Il potenziale della terapia genica è di enorme portata poiché potrebbe rappresentare una cura per tutta una serie di gravissime malattie per cui oggi non esistono valide opzioni terapeutiche o che richiedono terapie croniche. Ad oggi la ricerca nell'ambito della terapia genica spazia dalle malattie genetiche, in particolar modo quelle rare, al cancro, passando per le malattie autoimmuni e le malattie infettive.

Il concetto di terapia genica nasce alla fine degli anni '80 con le nuove tecniche del DNA ricombinante che permettono di costruire pezzi di DNA contenenti sequenze geniche desiderate. Ma è solo negli ultimi anni, con il sequenziamento del genoma e l'avanzare delle biotecnologie, che si sono cominciati a vedere i primi importanti risultati nelle sperimentazioni sull'uomo e le prime terapie geniche autorizzate dall'European Medicines Agency (EMA) in Europa e della Food and Drug Administration (FDA) negli Stati Uniti. In questo ambito l'Italia ha una posizione di eccellenza a livello internazionale: sono diverse le terapie avanzate frutto di ricerche all'avanguardia "made in Italy".

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COME FUNZIONA LA TERAPIA GENICA? Tra le diverse terapie avanzate e di precisione, la terapia genica è una delle prime ad essere state ideate e ha l'obiettivo di trattare una patologia mirando direttamente alle sue basi genetiche.

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Aula di Scienze Zanichelli

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Welcome to the Biotech Revolution. Il viaggio nel mondo dell'editing, così come l'ha stravolto la tecnologia CRISPR, non può che iniziare così. Perché di questo si tratta: una rivoluzione, un cambiamento epocale, un territorio ricco e inesplorato, dove ogni scoperta ha il sapore della ricerca di frontiera.
Che piaccia o no CRISPR è già tutto questo: lo testimoniano le centinaia di
articoli su questo argomento che ogni mese trovano spazio sulle pagine delle riviste scientifiche. Da quando lo studio di Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna è apparso su Science nel maggio del 2012, il mondo della ricerca è stato investito da un'ondata di fermento come non si vedeva dai tempi delle cellule iPS. Nel 2015, la rivista Science ha nominato CRISPR "scoperta dell'anno" e basta fare una ricerca su Pubmed per capire perché.
Dal 2012 il numero di studi scientifici su CRISPR sono aumentati in modo vertiginoso: nel 2016 sono stati oltre 2000 gli studi pubblicati e nel solo mese di gennaio del 2017 sono già più di 200.

Con CRISPR la ricerca si è impadronita di uno strumento che apre possibilità di applicazione praticamente illimitate: e, come era prevedibile, all'entusiasmo si associa anche il timore per le ripercussioni etiche.

L' editing genomico comprende una serie di applicazioni di ingegneria genetica che modificano la sequenza del DNA. Proprio come un correttore di bozze individua i refusi in un testo e li sistema, gli scienziati possono, grazie alle nucleasi, togliere o correggere sequenze geniche mutate.

Come si "manipolava" il DNA prima di CRISPR?

Per capire perché CRISPR sia così importante è necessario fare un piccolo viaggio nel tempo e ripercorrere i passi dei genetisti che per primi si sono avventurati nel territorio dell'editing genomico.
Sono millenni che l'uomo si impegna nella domesticazione di piante e animali e attua, in senso lato, un'attività di manipolazione genetica. Ma se dobbiamo individuare un punto di inizio di questa avventura, non si può non pensare a Hermann Muller: in testa alla carovana c'è lui, il primo a varcare la frontiera dell'editing scoprendo l' azione mutagena dei raggi X. Una scoperta che dalla frontiera lo porterà dritto di fronte al Re di Svezia, a ritirare nel 1946 il premio Nobel. Dai raggi X alle sostanze per la mutagenesi chimica il passo è breve: uno strumento ancora ampiamente diffuso per l'induzione di mutazioni nelle piante e per la creazione di nuove varietà.

Dopo aver varcato con impeto la frontiera agli inizi del secolo, la ricerca in questo ambito ha vissuto di rendita per molti anni; fino a quando nel 1985 Oliver Smithies scopre la mutazione per ricombinazione omologa. È la prima volta che gli scienziati riescono a guidare la mutagenesi dove vogliono: non più un processo casuale come quello delle sostanze mutagene, da cui selezionare con pazienza certosina le mutazioni interessanti, ma una mutagenesi mirata. Questa scoperta è stata poi perfezionata da Mario Capecchi e Martin Evans con una tecnica che ha permesso di mutare le cellule di mammifero e di generare il primo topo knockout. Questa tecnica ha fatto da trampolino di lancio alla creazione di migliaia di modelli murini e ha portato anche il terzetto Capecchi, Evans e Smithies a raccogliere gli onori dei reali di Svezia: era il 2007 e un altro Nobel veniva riconosciuto alla mutagenesi mirata del DNA. La strada per l'editing genomico è però tortuosa: il sistema dei topi knockout è difficilmente trasferibile non solo all'uomo, per ovvi motivi etici, ma anche ad altri organismi modello, per difficoltà tecniche difficili da superare.

Una prima svolta arriva nel 1994: è possibile amplificare gli eventi di ricombinazione omologa tagliando il gene di interesse. Il merito va alle nucleasi batteriche, su cui si concentrano molti studi: sono gli anni in cui vengono sviluppate le tecniche basate sulle nucleasi a dita di zinco o su TALEN: sono tecniche molto versatili, che permettono di modificare in vivo il genoma di organismi pluricellulari. Il primo è quello del moscerino della frutta, nel 2002, modificato con una nucleasi a dita di zinco. Seguono il pesce, il ratto, il mais, e l'almanacco va ampliandosi con TALEN - una tecnica più precisa e affidabile delle dita di zinco - con cui vengono modificati anche il genoma del lievito e delle cellule umane.

Sono risultati straordinari, ma c'è ancora un "ma": l'efficacia è molto variabile, l'affidabilità lascia a desiderare. Le proteine batteriche che operano i tagli sono precise, ma non infallibili. Poi, la svolta: nel 2012 viene pubblicata la scoperta del sistema CRIPSR/Cas9: un sistema che cancella con un arrogante colpo di spugna tutti i limiti dei sistemi precedenti. A guidare l'enzima sulla sequenza bersaglio non è più una proteina, ma un filamento di RNA: facile da sintetizzare, economico e terribilmente efficace. È l'inizio della rivoluzione.

CRISPR: come funziona il chirurgo del genoma?

Da bravi esploratori del DNA, gli scienziati sognavano da tempo uno strumento in grado di far loro strada nella giungla di nucleotidi. CRISPR è questo: un piccolo machete molecolare, con una lama buona per ogni tipo di sequenza, affilata quanto basta per permettere tagli precisi e mirati.

Le sequenze CRISPR sono state osservate nel genoma di diversi batteri, di cui costituiscono una sorta di sistema immunitario adattativo. Quando il batterio viene infettato da un virus può integrare alcune regioni del genoma virale nel proprio DNA. Si forma così un archivio di sequenze CRISPR ( Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) utile per combattere infezioni future. In caso di altre infezioni da parte dello stesso virus, le sequenze CRISPR sono trascritte in corti RNA guida (con sequenza complementare al genoma virale), ai quali si abbina l'enzima Cas9. Appaiandosi alla sequenza complementare sul DNA virale, l'RNA guida Cas9 sul bersaglio: il DNA virale viene digerito e l'infezione arginata.

Questo sistema può essere sfruttato per creare librerie di RNA-guida in grado di appaiarsi virtualmente a qualsiasi sequenza genica. Si costruisce un RNA-guida fondendo un RNA di origine batterica ( tracrRNA) e un RNA complementare alla sequenza che si vuole modificare. Una volta espresso nella cellula, l'RNA guida si accoppia a Cas9 e lo guida sulla sequenza bersaglio: Cas9, che è un endonucleasi, taglia il DNA nel sito voluto e attiva i processi di riparazione del DNA per ricombinazione omologa. Se nella cellula è introdotta la sequenza corretta del gene che si vuole modificare, la ricombinazione omologa prenderà questa sequenza come stampo e andrà a correggere in modo definitivo il gene mutato.

Quali sono stati i primi risultati ottenuti con CRISPR?

Grazie alla relativa facilità con cui è possibile modificare il DNA con la tecnica CRISPR, sono stati molti i laboratori che - liberi dalle costrizioni tecniche di un tempo - si sono sbizzarriti a tentare ciò che fino a pochi mesi prima era considerato un ostacolo tecnico insormontabile.
Sono trascorsi appena pochi mesi dalla pubblicazione dell'articolo su Science di Doudna e Charpentier, che un gruppo di ricercatori di Boston arriva a dimostrare come, utilizzando diversi RNA guida, sia possibile modificare contemporaneamente più geni. Si stratta del gruppo di ricerca di Feng Zhang: ricordatevi questo nome, perché molte scoperte hanno, da allora, portato la sua firma. L'anno successivo, il gruppo di Zheng ha messo a segno un risultato strabiliante: uno screening di oltre diciottomila geni umani da cui sono emersi sei geni che mediano la resistenza delle cellule di melanoma al trattamento: questo esempio dimostra la potenza di CRISPR anche come sistema di genetica inversa (ovvero, mutare un gene per scoprirne la funzione).
E non è tutto. Zheng e colleghi hanno dimostrato che CRISPR può essere usato anche per mutare geni solo in tessuti specifici. Padroneggiare una simile procedura significa aumentare il controllo che si ha della tecnologia CRISPR e, di conseguenza, aumentare le possibilità di impiego anche in ambito terapeutico.

La lotta per il brevetto
Quando si ha tra le mani uno strumento potente come CRISPR, non c'è da stupirsi che attorno ad esso inizino a gravitare interessi economici su scala mondiale. Ecco perché è fondamentale poter dire: "Sono stato io il primo a ideare questo sistema di editing". Ecco perché Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier, all'indomani dell'articolo pubblicato su Science, si sono affrettate a depositare nel maggio nel 2012 la richiesta di brevetto presso l'USPTO, l'ufficio brevetti statunitense. Ma - sorpresa delle sorprese - non sono state le uniche. A pochi mesi di distanza, nel dicembre 2012, anche Feng Zhang del MIT di Boston ha sottomesso la medesima richiesta, rivendicando la paternità del metodo che ha permesso per la prima volta la possibilità di applicare CRISPR alle cellule umane. Zheng è riuscito ad averla vinta, in virtù anche della regola per cui l'USPTO riconosce il brevetto non a chi per primo ne fa richiesta, ma a chi dimostra di potere rivendicare, per primo, la paternità dell'idea.
Come c'era da aspettarsi, Doudna e Charpentier non hanno gradito: hanno impugnato la decisione dell'USPTO e ne è nata una battaglia legale. Battaglia che è ancora in corso. Nel dicembre 2016 l'USPTO ha iniziato a raccogliere le prime testimonianze: l'inizio di un percorso che potrebbe richiedere mesi, se non anni, per raggiungere un verdetto definitivo. E intanto? Intanto la ricerca non può fermarsi e, per non rischiare di rimanere tagliato fuori, Zheng ha fatto richiesta e ha ottenuto il brevetto per un sistema CRISPR alternativo, basato sull'enzima Cpf1.
Per chi volesse seguire gli sviluppi di questa vicenda, il sito crisprupdate.com registra tutti gli aggiornamenti sul caso.

Che cosa si può fare con CRISPR?

Sembra di vederli, i genetisti di tutto il mondo, leggere l'articolo su Science di Charpentier e Doudna e sussurrare: "Si può fare!". Con CRISPR gli scienziati hanno infatti realizzato un sogno rimasto nel cassetto per decenni: avere a disposizione uno strumento di mutagenesi di precisione chirurgica e, allo stesso tempo, facilmente trasferibile ad applicazioni su larga scala. E le applicazioni non si sono fatte attendere. Biotecnologie agrarie, industriali, biomediche: per ognuno di questi ambiti esistono oggi decine di studi in corso.
A fare da apripista sono state proprio le biotecnologie agrarie: mais, soia e grano modificati con CRISPR sono già stati prodotti da diverse aziende e potrebbero arrivare presto sul mercato. Rispetto ai più tradizionali OGM, queste sementi non portano nel proprio DNA geni estranei e sfuggono quindi a molte delle restrizioni che fanno da collo di bottiglia ai prodotti transgenici.

L'ambito della ricerca biomedica è quello che, forse più di tutti, ha accolto con entusiasmo la tecnologia CRISPR. Gli obiettivi principali sono due. Primo, scoprire il ruolo di geni sconosciuti: la creazione di modelli animali con uno o più geni mutati rimane uno dei sistemi più efficaci per ricreare modelli di malattie umane e per scoprire il ruolo che un gene ha nello scatenare una malattia o la progressione di un tumore. Secondo, correggere malattie genetiche: un editing genomico mirato e accurato permetterebbe infatti di correggere la sequenza di un gene mutato o di interferire con la replicazione di un virus.

Nell'ambito delle malattie congenite, risalgono al novembre 2016 due importanti studi in cui è stata dimostrata l'efficacia di CRISPR, almeno in laboratorio, per correggere nelle cellule staminali in vitro la mutazione alla base dell'anemia falciforme e, nei topi, quella responsabile di un tipo di emofilia causata dalla mancanza del fattore IX della coagulazione. Di appena poche settimane fa, invece, l'annuncio che, in cellule staminali in vitro, CRISPR può correggere il difetto alla base di una grave immunodeficienza congenita.

Anche sul fronte delle malattie infettive sono stati fatti molti progressi. Con CRISPR è possibile indurre mutazioni che inibiscono la replicazione degli herpes virus, responsabili di infezioni ricorrenti; altri ricercatori hanno sfruttato CRISPR per scoprire proteine importanti per la replicazione dei virus Zika e dengue. Non mancano ovviamente i tentativi anche nel campo della ricerca sul virus HIV e l'AIDS: un gruppo di ricercatori ha per esempio utilizzato CRISPR per selezionare le mutazioni che rendono le cellule immuni all'infezione da HIV e altri stanno cercando un modo per modificare il genoma del virus per impedirne la replicazione e, di fatto, disinnescarlo in modo definitivo.

Una frangia della ricerca su CRISPR si sta inoltre espandendo anche alla terapia dei tumori. Molti tumori sono, di fatto, malattie genetiche causate dall'attivazione anomala di un oncogene o dalla soppressione di un oncosoppressore. Perché non provare con CRISPR a ristabilire l'ordine nell'anarchia genetica che governa il comportamento dei tumori? Sulla scia di questa idea ha preso ufficialmente avvio nel novembre 2016 il primo protocollo di immunoterapia antitumorale. Per la prima volta verrà testata negli esseri umani la tecnologia CRISPR: in 10 pazienti affetti da tumore verrà inattivata nei linfociti T la proteina PD-1, da tempo nota come uno dei meccanismi con cui i tumori sfuggono alla sorveglianza del sistema immunitario. Con lo stesso sistema i ricercatori sono inoltre riusciti a creare linfociti T con una proteina CXCR4 mutata: questa proteina è la stessa che permette al virus di HIV di infettare i linfociti e mutarla significa sbattere la porta in faccia al virus e alla sua diffusione.

La struttura dell'enzima Cas del sistema CRISPR di tipo I, uno dei tanti scoperti nei procarioti (Immagine: Wikipedia).

Questi sono solo alcuni degli studi nati negli ultimi anni: ma la ricerca non si sembra voler rallentare e seguirne l'evoluzione dà un senso di vertigine. L'entusiasmo per quelle che sono le potenzialità di questo sistema non deve però far passare in secondo piano le domande ancora senza risposta e i limiti tecnici ed etici con cui ricercatori e cittadini si stanno già scontrando.

CRISPR: le domande ancora senza risposta
A scorrere la lista degli articoli pubblicati su CRISPR, sembrano passati anni da quando Jennifer Doundna ed Emanuelle Charpentier hanno segnato, con il loro articolo, l'inizio della rivoluzione biotech. Eppure si tratta di appena una manciata di anni e le cose da scoprire su CRISPR rimangono ancora molte. Ripercorriamo qui alcuni dei punti più interessanti.
Come si è evoluto CRISPR? Sappiamo che CRISPR è una sorta di sistema immunitario adattativo dei batteri, che si adatta e mantiene traccia dei patogeni invasori. Per come è strutturato c'è chi ha ipotizzato che il sistema si sia evoluto in modo simile ai trasposoni, le sequenze geniche che "saltano" da una regione del genoma all'altra. Cas1, l'enzima che inserisce spacers nel genoma, sembra confermare questa ipotesi, ma è un caso isolato e gli scienziati sono a caccia di altri indizi.
Come viene stabilito quale DNA inserire nell'archivio CRISPR batterico? La scelta non è banale: scegliere la sequenza sbagliata potrebbe portare il batterio a un attacco autoimmune (passatemi il termine) suicida. La risposta potrebbe risiedere in una dinamica ecologica, per cui il sistema risulta vantaggioso nel lungo termine nonostante possa causare, occasionalmente, il sacrificio di qualche batterio più sfortunato degli altri. E come viene stabilito quali sequenze eliminare? Il genoma batterico non può certo continuare ad archiviare sequenze CRISPR e crescere all'infinito. Deve quindi esistere un sistema di epurazione periodica, che forse elimina le sequenze virali più antiche e ormai inutili. Scoprire se un simile sistema esista è importante per capire come gli effetti dell'editing genomico possano perpetuarsi alle generazioni future e per capire se, una volta inserite, rimarranno stabili o andranno incontro a una evoluzione ancora difficile da prevedere.
Quali altre funzioni ha CRISPR? Il sospetto che di CRISPR quello che conosciamo sia solo la punta dell'iceberg è forte. Che il suo ruolo sia importante lo suggerisce il caso di Nanoarcheum equitans, nel cui minuscolo genoma trovano comunque spazio 30 spacers. Eppure non è così per tutti i procariotici: se CRISPR è presente nel 90% degli Archea, solo il 33% dei batteri conosciuti lo possiede e altri organismi unicellulari non procariotici non hanno traccia di CRISPR nel loro genoma. Perché? Forse CRISPR è coinvolto anche in altre funzioni (riparazione del DNA? Controllo dell'espressione genica?) e quindi è sottoposto a pressioni selettive diverse da quelle che fino a ora abbiamo preso in considerazione.
Rispondere a queste domande è importante non solo per capire come funzioni CRIPSR nei batteri, ma per prevedere i possibili ostacoli o imprevisti a cui potrebbe portare l'applicazione di questa tecnologia nell'uomo.

Quali sono i limiti tecnici dell'utilizzo della "tecnologia" CRISPR?

Essere i primi coloni di un nuovo territorio significa assaporare l'adrenalina delle nuove conquiste, ma anche il timore dell'ignoto. Lo sanno bene i genetisti che, in tutto il mondo, stanno vivendo l'avventura CRISPR.
L'entusiasmo di poter applicare questa metodologia anche all'uomo, per correggere geni mutati o eradicare malattie infettive, deve infatti fare i conti con i problemi legati alla sicurezza. Dal punto di vista tecnico, il problema principale è quello della precisione della metodica: un editing incompleto coinvolgerebbe solo alcune cellule, portando a un mosaicismo genetico potenzialmente rischioso per la salute. Anche un editing inaccurato potrebbe ritorcersi contro, causando mutazioni non volute, attivando proto-oncogeni o innescando imprevedibili riarrangiamenti cromosomici.

Anche se la sicurezza del sistema è già stata dimostrata anche nelle cellule umane la cautela non è mai troppa. Ecco perché i ricercatori della IBS hanno sviluppato un sistema per scovare gli errori creati da CRISPR/Cas9. Promettente è anche il sistema per bloccare l'attività di Cas9 nel caso qualcosa andasse storto: utile in questo senso è il sistema anti-CRISPR che alcuni virus utilizzano per sfuggire al sistema di difesa dei batteri. Per evitare spiacevoli sorprese, molti scienziati stanno inoltre indirizzando i loro sforzi verso enzimi alternativi a Cas9. Il caso più emblematico è quello di Csf1, che riconosce sequenze diverse rispetto a Cas9 e garantisce un'accuratezza di editing di gran lunga superiore. Le speranze riposte in Csf1 sono molte, come dimostra il brevetto che il gruppo di Fang Zheng si è aggiudicato di recente per questa particolare applicazione di CRISPR. Molte speranze sono riposte anche in un nuovo sistema CRISPR, che anziché agire sulla sequenza del DNA, interferisce con gli RNA: un simile approccio permetterebbe di evitare l'editing del DNA e, per alcuni tipi di applicazioni, potrebbe rivelarsi un approccio ugualmente efficace ma più sicuro.

Intorno a quali aspetti ruota il dibattito etico circa l'utilizzo di CRISPR?

Come se i problemi tecnici non bastassero, esistono anche preoccupazioni di natura etica. Inutile negarlo: CRISPR è uno strumento così versatile e potente da poter essere impiegato anche per modificare il DNA di embrioni umani. Decidere se dare il nulla osta a una simile applicazione è un dilemma etico non da poco. Da un lato c'è chi sostiene che, se si dispone di uno strumento in grado di eliminare o correggere la sequenza mutata di un gene, utilizzarlo per scongiurare il pericolo di gravi malattie è lecito ed etico. Dall'altro c'è chi è preoccupato dal fatto che, agire sul DNA della linea germinale umana (cioè oociti e spermatozoi), possa avere conseguenze imprevedibili per le generazioni future, oltre che porre le basi per una pericolosa deriva eugenetica.

Don't edit the human germ line: dalle pagine di Nature già nel 2015 diversi scienziati hanno chiesto alla comunità scientifica di non intervenire sulla linea germinale umana, invitando tutti a un profondo esame di coscienza prima di cimentarsi in applicazioni ancora controverse. Se in alcuni paesi, come il Canada o molti stati europei, è espressamente vietato questo tipo di sperimentazione, in molti altri paesi la legislazione è infatti molto meno restrittiva e lascia interstizi normativi in cui molti gruppi di ricerca potrebbero riuscire a inserirsi. La domanda che molti sembrano porsi ora non è se mai nascerà un bambino con il DNA modificato da CRISPR, ma dove nascerà.

Le conseguenze etiche di questo tipo di studi potrebbero essere molto più sfaccettate di quel che si pensa. Molti scienziati temono infatti che gli studi su embrioni umani possano sollevare l'opinione pubblica contro la tecnologia CRISPR offuscando molte altre applicazioni - a dire il vero, la maggior parte delle applicazioni - eseguite invece su cellule somatiche. Queste procedure non hanno ripercussioni sulle generazioni future e offrono una valida alternativa terapeutica per malattie al momento difficili da curare. HIV, emofilia, anemia falciforme e molti tipi di tumori sono tutti esempi di malattie per le quali gli scienziati stanno da tempo cercando di escogitare una soluzione definitiva grazie all'applicazione di CRISPR in cellule somatiche: se l'opinione pubblica dovesse osteggiare la tecnologia CRISPR tout court, che cosa ne sarebbe di questi studi?

Meglio quindi sacrificare le applicazioni sugli embrioni a vantaggio delle altre applicazioni? Alcuni ribattono che questo è un compromesso inaccettabile, che lede il diritto alla salute di ognuno di noi e non tiene conto del fatto che non sempre è possibile tracciare una linea di demarcazione netta tra giusto e sbagliato. Prendiamo il caso delle malattie mitocondriali: quando nel settembre 2016 John Zheng ha annunciato al mondo la nascita del primo bambino con tre genitori, il dibattito etico si è fatto subito infuocato (vedi anche la relativa News dell'Aula di Scienze). In casi come questi, l'editing mirato con CRISPR del gene mitocondriale mutato eviterebbe di coinvolgere un terzo genitore. In casi come questo, che cosa è più etico fare?

La risposta, se mai ci sarà, non sarà semplice. C'è da scommettere che raggiungere un accordo su questi temi sarà una conquista tanto quanto lo è stato scoprire il sistema CRISPR. Ma la carovana ormai si è messa in moto e la frontiera, questa volta, sembra davvero essere a pochi passi da qui.

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Immagine banner e box:Pixabay

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CRISPR: la rivoluzione biotech è qui | Zanichelli Aula di scienze

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Welcome to the Biotech Revolution. Il viaggio nel mondo dell'editing, così come l'ha stravolto la tecnologia CRISPR, non può che iniziare così. Perché di questo si tratta: una rivoluzione, un cambiamento epocale, un territorio ricco e inesplorato, dove ogni scoperta ha il sapore della ricerca di frontiera.

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CRISPR-Cas9 : Introduction and discovery

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Terapia genica e San Raffaele Istituto Telethon

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Terapia genica e San Raffaele Istituto Telethon

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SR-Tiget: l'Istituto San Raffaele Telethon per la terapia genica

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TERAPIA IN VIVO E IN EX VIVO, PATOLOGIE CURATE CON LA TERAPIA GENICA, VETTORI DI GENI

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Superquark,i bambini bolla,la sindrome ada-scid

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La ricerca scientifica condotta al San Raffaele a Milano,consente la cura e la piena guarigione da una sindrome orribile,soprattuto dovuta alle piccole vittime coinvolte,grazie agli eroi della ricerca tutto ciò è possibile e ancora perfezionabile.Grazie di cuore

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ADA SCID e LEUCODISTROFIA METACROMATICA

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Che cosa e a che punto siamo

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Dopo che per anni la terapia genica è stata il simbolo stesso della medicina del futuro, l'idea di curare le malattie usando pezzi di Dna come se fossero medicine è ormai prossima a realizzarsi. Sono infatti sempre più numerosi gli studi che testimoniano che la tecnica funziona e, soprattutto, che può unire la sicurezza all'efficacia. Alcuni farmaci, poi, sono già quasi pronti, e altri ne arriveranno presto. E sebbene all'inizio la terapia genica avesse come obiettivo principalmente le malattie genetiche - quelle determinate da geni difettosi, da sostituire con copie sane - sta oggi rivelando le sue potenzialità anche per patologie molto più comuni, come l'infarto, il morbo di Parkinson, l'Alzheimer e i tumori.

prospettive nuove. È però nel campo delle malattie rare, per le quali spesso non esiste cura, che l'approccio può davvero fare la differenza. La terapia genica ha già dato la prospettiva di una vita normale a bambini condannati a un'esistenza breve e dolorosa, ha restituito la vista ai ciechi, ha permesso ai "bambini bolla", colpiti dall'Ada-Scid che azzera le difese immunitarie, di uscire dalle loro camere sterili, per affrontare il mondo come se la malattia non ci fosse mai stata.

E tutto questo grazie al contributo fondamentale dei ricercatori italiani, che hanno mantenuto i nervi saldi anche quando, all'inizio degli anni Duemila, in molti hanno invece gettato la spugna, delusi e scoraggiati per i gravissimi effetti collaterali che si erano verificati nel corso di alcune sperimentazioni.

primi successi. La terapia genica consiste nell'introdurre nelle cellule del paziente un gene che permette di curarlo. A questo scopo, il Dna terapeutico è inserito in un vettore (un virus reso innocuo), capace di veicolare il prezioso carico nelle cellule bersaglio ( vedi schema qui sotto).

Il primo successo è del 1990, quando gli statunitensi French Anderson e Michael Blaise curarono così una bambina malata di Ada-Scid. Dietro quel risultato c'erano però già allora i dati italiani e, in particolare, quelli di Claudio Bordignon, che aveva trascorso alcuni anni negli Usa, e che poi era tornato a Milano, all'Istituto San Raffaele. La procedura consisteva nel correggere il Dna dei linfociti T della bambina, "ma funzionò parzialmente" racconta Bordignon, che oggi è amministratore delegato della start-up MolMed "perché quando le cellule corrette esaurirono il loro ciclo vitale sparì anche l'effetto terapeutico".

Per rendere permanente il beneficio, il ricercatore pensò quindi di modificare cellule destinate a durare per sempre. Di mirare, cioè, la terapia genica sulle staminali del midollo osseo, quel serbatoio inesauribile dal quale originano tutti gli elementi del sangue. "Riuscimmo così a guarire i primi due pazienti dall'Ada-Scid e pubblicammo il risultato su Science " ricorda Bordignon. "Era il 1995; la tecnica usata allora è ancora quella che la GlaxoSmithKline sta sviluppando, per portarla a livello commerciale".

le promesse deluse. L'entusiasmo per i primi risultati spinse molti laboratori a intraprendere quella strada, ma dopo pochi anni due gravissimi incidenti cambiarono tutto. Nell'autunno del 1999, il giovane Jessie Gelsinger morì nel corso di una sperimentazione all'Università della Pennsylvania, per una violentissima reazione immunitaria nei confronti del vettore che avrebbe dovuto curarlo. Nel 2002, a Parigi, alcuni bambini si ammalarono di leucemia in seguito a una terapia genica. "La morte di Gelsinger destò scalpore perché la sperimentazione non era stata condotta in modo corretto" ricorda Bordignon. "Quel rischio infatti era già emerso negli studi sugli animali, ma era stato ignorato".

In Francia, invece, fu diverso, come spiega Luigi Naldini, direttore dell'Istituto San Raffaele Telethon per la terapia genica (Tiget): "Il vettore usato per veicolare il Dna terapeutico era un retrovirus, ovvero un virus programmato per inserirsi nel Dna delle cellule bersaglio. L'inserzione attivò alcuni geni responsabili della proliferazione tumorale. Fu una doccia fredda, perché si pensava che quel rischio fosse molto remoto. Invece per una sfortunata combinazione di fattori, riguardò il 30% dei pazienti".

un nuovo inizio. I contraccolpi non tardarono ad arrivare: le aziende smisero di investire nel settore, e furono imposte regole nuove e più severe per le sperimentazioni sull'uomo. Molti ricercatori lasciarono il campo, e i pochi che proseguirono si resero conto che era necessario fare un passo indietro e abbandonare per un po' i test sui pazienti, per mettere a punto metodi più sicuri. "Io lavoravo da qualche anno negli Stati Uniti, dove avevo sviluppato i vettori lentivirali che, derivati dal virus dell'Aids privato delle parti che lo rendono pericoloso, erano più efficienti e sicuri di quelli che avevano originato i problemi. Ero pronto a partire con i test su pazienti, ma mi fermai" ricorda Naldini. "Servivano nuove verifiche sulla sicurezza. Inoltre, negli Usa non c'era più nessuno disposto a finanziarci. Tornai in Italia, e ho potuto proseguire le ricerche grazie ai fondi Telethon. La charity ci ha permesso di fare qui ciò che con l'industria farmaceutica era diventato impossibile".

La strada giusta. Ma la ricerca di vettori più sicuri proseguiva anche su altre strade. E il primo segnale che il nuovo corso stava portando a una svolta è tutto in un video del 2009, in cui un bambino cammina sicuro seguendo un percorso tracciato sul pavimento. Quel bambino, infatti, era quasi cieco fino a poche settimane prima. La terapia genica che gli ha permesso di sconfiggere l'amaurosi di Leber, una rara malattia genetica che provoca la degenerazione della retina, si era basata sui virus adenoassociati, che, innocui per l'uomo, non si integrano nel Dna delle cellule bersaglio. "Sono vettori sicuri, ma non vanno sempre bene" spiega Alberto Auricchio, ricercatore dell'Istituto Telethon di genetica medica (Tigem) di Napoli, fra gli autori dello studio. "Per esempio, non funzionano su cellule che si dividono, come le staminali, e possono trasportare solo geni piccoli. Per noi però erano perfetti. Lo studio, pubblicato su Lancet, aveva coinvolto 12 pazienti fra gli 8 e i 44 anni, dando buoni risultati soprattutto sui più giovani. Da allora ne abbiamo trattati altri e ora stiamo sperimentando la tecnica anche su altre malattie della retina, fra cui la degenerazione maculare senile".

due passi da gigante. Negli anni seguenti, giunsero anche i primi successi dei vettori lentivirali. Ma il risultato che ha fatto il giro del mondo è del Tiget, ed è stato pubblicato su Science. L'11 luglio 2013, Luigi Naldini e il suo gruppo annunciano di aver curato tre bambini che nell'arco di breve tempo avrebbero altrimenti sviluppato la leucodistrofia metacromatica (una rara malattia genetica neurodegenerativa) e altri tre affetti dalla sindrome di Wiskott-Aldrich, che colpisce le cellule del sangue. In entrambi i casi, i lentivirus con i geni terapeutici sono stati introdotti nelle staminali del midollo osseo. Nei malati di Wiskott-Aldrich, le cellule corrette hanno potuto subito iniziare a sostituire quelle del sangue malate. La sfida era invece più complessa per la leucodistrofia, che colpisce anche i neuroni e altri elementi che non derivano dal midollo. "Le staminali corrette hanno raggiunto il cervello e lì hanno rilasciato la proteina utile, che ha iniziato a svolgere la sua azione. Parte di questa è stata poi "raccolta" dai neuroni circostanti, correggendone il difetto" spiega Naldini.

Per la terapia genica è un salto di qualità, perché significa che, con vettori molto efficienti, è possibile correggere anche cellule difficili da raggiungere, come appunto quelle del cervello. "Stiamo trattando altri bambini" conclude Naldini "e stiamo anche lavorando per rendere i vettori sempre più sicuri. A breve, poi, inizieremo i test sulla beta talassemia e per la mucopolisaccaridosi di tipo 1".

farmaci in vista. Intanto, pochi mesi fa (nel 2014), la GlaxoSmithKline ha deciso di avviare lo sviluppo commerciale delle terapie per la leucodistrofia metacromatica e per la sindrome di Wiskott-Aldrich. Ma probabilmente, non saranno queste le prime terapie geniche a diventare disponibili per i malati.

Il farmaco Glybera, per curare il deficit della lipoproteina lipasi, è stato approvato dall'autorità regolatoria europea nel 2012 e sarà commercializzato dalla Chiesi di Parma, forse già quest'anno. Mentre alla fine di marzo è iniziata la procedura di valutazione della terapia "TK", messa a punto dalla MolMed, la start-up di Claudio Bordignon, per le leucemie acute ad alto rischio. "Introduciamo nei linfociti T un gene che ci permette di spegnere sul nascere l'eventuale reazione di rigetto, che può verificarsi dopo un trapianto di midollo, se il donatore, come accade spesso, non è del tutto compatibile" spiega Bordignon. "Oggi questi trapianti hanno una mortalità del 50%, che con la nostra tecnica scende al 14%".

Articolo originariamente pubblicato nel luglio 2014 su Focus. Per questo articolo Margherita Fronte ha ricevuto il premio OMAR 2015 per le malattie rare.

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Terapia genica, che cos'è e a che punto stiamo

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Dopo che per anni la terapia genica è stata il simbolo stesso della medicina del futuro, l'idea di curare le malattie usando pezzi di Dna come se fossero medicine è ormai prossima a realizzarsi. Sono infatti sempre più numerosi gli studi che testimoniano che la tecnica funziona e, soprattutto, che può unire la sicurezza all'efficacia.

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Terapia genica nella ricerca Telethon al  San Raffaele di Milano

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Terapia genica nella ricerca Telethon al  San Raffaele di Milano

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La leucodistrofia metacromatica e la terapia genica

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Edythe Broad Center of Regenerative Medicine

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La terapia genica dell’Istituto San Raffaele-Telethon di Milano

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A partire da un'intuizione di Luigi Naldini, i ricercatori dell'Istituto San Raffaele-Telethon hanno messo a punto una terapia che sfrutta una versione riveduta e corretta del virus dell'Aids come trasportatore di geni. Questa terapia sperimentale ha già permesso di trattare con successo malattie attualmente incurabili come la leucodistrofia metacromatica e la sindrome di Wiskott-Aldrich.