CRISPR teknolojisi sayesinde tedavi edilebilecek yedi hastalık

Amerikan biyofarma şirketi Vertex Pharmaceuticals tarafından geliştirilen CASGEVY, fetal hemoglobini kodlayan BCL11A genini etkinleştirerek çalışıyor. Normalde bebek doğmadan önce üretilen bu hemoglobin türünün geni, doğumdan sonra vücut tarafından baskılanmaya başlıyor. Orak hücre anemisi ve beta-talasemi gibi hemoglobini etkileyen kan hastalıklarında, CASGEVY’nin fetal hemoglobin üretimini yeniden başlatması, hastalar için tek seferlik ve iyileştirici bir tedavi imkanı sunuyor.

CASGEVY’nin ruhsat alması önemli bir gelişme olsa da, bu teknolojinin geçmişi daha eskiye dayanıyor. CRISPR/Cas9, bir gen düzenleme aracı olarak ilk defa 2012 yılında kullanıldı. Gen düzenlemeyi hiç olmadığı kadar hızlı, ucuz ve kolay hale getirme potansiyeli sayesinde, bu teknoloji yıllar içinde giderek daha popüler hale geldi.

CRISPR, “Düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri” anlamına gelen bir kısaltma. Bu ifade, bakteri DNA’sında bulunan ve virüs saldırılarına karşı DNA’larını keserek koruma sağlayan ilkel bir bağışıklık sisteminin temelini oluşturan tekrarlayan DNA dizilerini tanımlıyor.

Bilim insanları, bu doğal mekanizmadan yola çıkarak CRISPR/Cas adında bir gen düzenleme aracı geliştirdi. Bu araç, hedef DNA dizisine uygun bir RNA rehberi kullanılarak belirli bir DNA bölgesini kesebilir. Bu sayede bilim insanları, hedeflenen DNA dizisine genetik materyal ekleyebilir, çıkarabilir veya mevcut olanları değiştirebilir. Cas9 enzimi aracılığıyla bir genin DNA dizisinin belirli bir noktasının kesilmesi, DNA’nın onarılmasına olanak tanıyor.

Bu sistem, her bir hedef DNA dizisi için ayrı bir DNA kesici enzim tasarlamayı ve üretmeyi gerektiren eski gen düzenleme tekniklerine kıyasla büyük bir ilerleme. Çünkü CRISPR sisteminde, sentezlenmesi çok daha kolay olan bir RNA rehberi kullanmak yeterli.

CRISPR gen düzenlemesi, bilimsel araştırma yöntemlerini şimdiden değiştirdi ve birçok farklı alanda geniş bir uygulama potansiyeli sundu. Aşağıda, bilim insanlarının CRISPR/Cas teknolojisini kullanarak mücadele etmeyi amaçladığı ve bu teknolojinin tıbbi bir araç olarak sunduğu imkanları ve sahip olduğu sınırları test ettiği bazı hastalıklar sıralandı.

Kanser tedavisinde CRISPR

Kanser, karmaşık ve çok sayıda faktöre bağlı bir hastalık olup tedavisi halen büyük zorluklar içeriyor. Her biri kendine özgü genetik değişikliklere (mutasyon imzasına) sahip yüzlerce farklı kanser türü bulunuyor. CRISPR teknolojisi, kansere yol açan etkenlerin araştırılması, kanser ilaçlarının hedefleyebileceği genlerin ve proteinlerin saptanması, kanserin teşhisi ve hatta bir tedavi yöntemi olarak kullanılabilmesi gibi pek çok potansiyel sunduğundan, kanser araştırmaları ve tedavisi alanında çığır açan bir gelişme olarak kabul ediliyor.

Çin, CRISPR/Cas9 teknolojisini kanser tedavisinde kullanan ilk insan klinik deneylerine öncülük etti. Bu çalışmada, ileri evre akciğer kanseri olan bir hastadan alınan bağışıklık sistemi T hücrelerinin CRISPR ile genetik olarak değiştirilmesi denendi. Gen düzenleme teknolojisi, bazı tümör hücrelerinin kansere karşı bağışıklık yanıtını baskılamak için kullandığı PD-1 adlı bir proteini kodlayan geni etkisiz hale getirmek amacıyla kullanıldı. Bağışıklık hücrelerinin yüzeyinde yer alan bu protein, aynı zamanda “kontrol noktası inhibitörleri” olarak bilinen bazı kanser ilaçlarının da hedefi.

CRISPR teknolojisi, CAR-T hücre tedavisi ve doğal öldürücü (NK) hücre tedavileri gibi kanser immünoterapilerinin etkinliğini ve güvenliğini artırmak için de uygulandı. ABD merkezli CRISPR Therapeutics şirketi, CRISPR kullanarak “kullanıma hazır” (off-the-shelf), yani önceden üretilip stoklanabilen, genetik olarak düzenlenmiş T hücre tedavileri geliştiren öncü firmalardan biri. Şirketin, klinik deneme aşamasında CD19 ve CD70 proteinlerini hedefleyen iki tedavi adayı bulunuyor.

FDA (Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi), 2022 yılında Intellia Therapeutics şirketinin akut miyeloid lösemi (AML) tedavisi için geliştirdiği CRISPR/Cas9 ile genetik olarak düzenlenmiş T hücre tedavisine “Yetim İlaç” statüsü verdi. Clinical Trials Arena tarafından bu yılın başlarında yayımlanan bir rapora göre, Vor BioPharma şirketinin VOR33 adlı AML tedavisi şu anda Faz 2 klinik denemelerinde ve bu CRISPR tabanlı çalışma yakından takip edilmesi gereken önemli bir gelişme.

Bununla birlikte, CRISPR teknolojisinin genom düzenleme sürecinde değişken etkinlik ve istenmeyen “hedef dışı” etkiler (hedeflenmeyen DNA bölgelerinde değişiklikler) gibi bazı sınırlamaları halen mevcut. Bazı uzmanlar, bu yaklaşımın uzun vadeli güvenliğinin dikkatle incelenmeye devam edilmesini tavsiye ediyor. Diğerleri ise, geçen yıl ABD’de klinik denemelerine başlanan ve CRISPR’ın bir alt türü olan “baz düzenleme” gibi daha hassas gen düzenleme yöntemlerinin kullanılmasını öneriyor.

AIDS tedavisinde CRISPR

CRISPR teknolojisinin AIDS ile mücadeleye yardımcı olabileceği birkaç farklı yol bulunuyor. Bunlardan biri, HIV virüsünün bağışıklık hücrelerinin DNA’sına yerleştirdiği viral DNA’yı CRISPR kullanarak kesip çıkarmak. Bu yaklaşım, virüsün “gizli” yani aktif olmayan formlarına saldırmak için kullanılabilir; bu formlar, mevcut tedavilerin virüsü vücuttan tamamen temizlemesini engelliyor.

HIV ile yaşayan ilk hastaya CRISPR tabanlı bir gen düzenleme tedavisi, 2022 yılında Philadelphia’daki Temple Üniversitesi Lewis Katz Tıp Fakültesi’nde, Excision Biotherapeutics ve araştırmacılar tarafından yürütülen bir Faz 1/2 klinik denemesi kapsamında uygulandı. Bu tedavinin kliniğe taşınma kararı, EBT-101 adlı ilacın EBT-001 olarak adlandırılan bir benzerinin, maymun bağışıklık yetmezliği virüsü (SIV) ile enfekte olmuş rhesus makaklarında gösterdiği başarıyla desteklendi. Yapılan Faz 1/2 çalışmasında EBT-101’in güvenli olduğu saptandı.

Bir diğer yaklaşım ise, bizi HIV enfeksiyonlarına karşı dirençli hale getirmeyi amaçlıyor. Dünya nüfusunun küçük bir kısmı, CCR5 adlı bir gendeki mutasyon sayesinde HIV’e karşı doğal bir dirence sahip. Bu gen, HIV’in hücreleri enfekte etmek için kullandığı, bağışıklık hücrelerinin yüzeyindeki bir proteini kodluyor. Söz konusu mutasyon, bu proteinin yapısını değiştirerek virüsün artık ona bağlanamamasına ve dolayısıyla hücreyi enfekte edememesine yol açıyor.

Bu yaklaşım, 2018 yılında Çin’de, insan embriyolarının HIV enfeksiyonlarına karşı dirençli hale getirilmesi amacıyla genetik olarak düzenlendiği, oldukça tartışmalı bir vakada kullanıldı. Bu deney, bilim dünyasında büyük tepkiye yol açmış, bazı çalışmalar “CRISPR bebeklerinin” daha genç yaşta ölme riskinin daha yüksek olabileceğine işaret etti.

Genel kanı, bu yaklaşımın insanlarda güvenle kullanılabilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulduğu yönünde; özellikle de son çalışmalar, bu tür bir uygulamanın embriyolarda istenmeyen genetik değişikliklere yol açma riskinin yüksek olduğunu gösteriyor.

Kistik fibrozis tedavisinde CRISPR

Kistik fibroz, ciddi solunum problemlerine neden olan genetik bir hastalık. Bu hastalık, CFTR adlı hedef gendeki 700’den fazla farklı mutasyondan kaynaklanabilir. Bu durum, her bir mutasyon için ayrı bir ilaç geliştirmeyi zorlaştırıyor. CRISPR teknolojisi ile kistik fibroza yol açan bu mutasyonlar tek tek düzeltilebilir.

2020 yılında Hollanda’daki araştırmacılar, kistik fibrozlu bireylerin hücrelerindeki CFTR mutasyonlarını, genetik kodun diğer bölgelerine zarar vermeden laboratuvar ortamında (in vitro) onarmak için “baz düzenleme” yöntemini kullandı. Dahası, kistik fibroz için CRISPR tabanlı bir ilaç geliştirmek üzere işbirliği yapan Vertex Pharmaceuticals ve CRISPR Therapeutics, bu alanda yeni bir başarı elde etmeyi hedefliyor. Ancak, bu tedavi adayı henüz araştırma aşamasında olduğu için klinik kullanıma girmesi biraz zaman alabilir.

Kas distrofisi tedavisinde CRISPR

Duchenne kas distrofisi, kasların kasılması için gerekli olan bir proteini kodlayan DMD genindeki mutasyonlardan kaynaklanıyor. Bu hastalıkla doğan çocuklar ilerleyici kas yıkımı yaşıyor ve mevcut tedaviler hastaların yalnızca bir kısmına fayda sağlıyor.

Fareler üzerinde yapılan araştırmalar, CRISPR teknolojisinin hastalığa yol açan çoklu genetik mutasyonları düzeltmek için kullanılabileceğini gösterdi. 2018 yılında ABD’de bir grup araştırmacı, bu kas hastalığına neden olan tahmini üç bin farklı mutasyonun çoğunu kapsayan 12 stratejik “mutasyon sıcak noktasını” kesmek için CRISPR kullandı. Bu çalışmanın ardından kurulan Exonics Therapeutics, bu yaklaşımı daha da geliştirmek üzere çalışmalar yürüttü ve daha sonra Vertex Pharmaceuticals tarafından, hastalığa yönelik ilaç geliştirme sürecini hızlandırmak amacıyla yaklaşık 1 milyar dolara satın alındı. Vertex, halen araştırma aşamasında olup, distrofin genindeki mutasyonları hedefleyerek distrofin proteininin üretimini (ifadesini) yeniden sağlama misyonunu sürdürüyor.

Ancak Boston’daki kar amacı gütmeyen kuruluş Cure Rare Disease tarafından yürütülen ve nadir bir DMD mutasyonunu hedef alan bir CRISPR denemesi, Kasım 2022’de toksisite nedeniyle bir hastanın ölümüyle sonuçlandı. Hastalığın tedavisinde ilacın güvenliğini sağlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var.

Huntington hastalığı tedavisinde CRISPR

Huntington hastalığı, güçlü bir genetik temeli olan, sinir sisteminde yıkıma yol açan (nörodejeneratif) bir durum. Hastalığa, huntingtin geni içindeki belirli bir DNA dizisinin anormal sayıda tekrarlanması neden oluyor. Bu tekrar sayısı ne kadar yüksekse, hastalık o kadar erken yaşta ortaya çıkıyor.

CRISPR’ın beyindeki olası “hedef dışı” etkileri çok tehlikeli sonuçlar doğurabileceğinden Huntington’ı tedavi etmek zor olabilir. Bu riski azaltmak için bilim insanları, genom düzenleme aracını daha güvenli hale getirmenin yollarını arıyor. 2018 yılında Philadelphia Çocuk Hastanesi’ndeki araştırmacılar, CRISPR/Cas9’un “kendini imha düğmesi” içeren bir versiyonunu geliştirdi. Polonyalı bir grup araştırmacı ise, gen düzenlemesini daha hassas hale getirmek için CRISPR/Cas9’u “nikaz” adı verilen bir enzimle eşleştirmeyi tercih etti.

Daha yakın zamanda, Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign’deki araştırmacılar, Huntington hastalığından sorumlu mutant proteinleri kodlayan mRNA’yı (mesajcı RNA) hedeflemek ve kesmek için Cas9 yerine CRISPR/Cas13 kullandı. Bu teknik, hücrenin DNA’sında kalıcı değişiklikler yapmadan mutant genleri susturuyor. RNA molekülleri geçici olup birkaç saat sonra bozulduğu için, bu yöntem sayesinde kalıcı hedef dışı mutasyon riski en aza indirilmiş oluyor.

Buna ek olarak, Nature dergisinde yayımlanan 2023 tarihli bir çalışmada, farelerde Huntington hastalığına yönelik bu tür bir tedavinin, hastalığın ilerlemesini geciktirdiği ve farelerde bazı nöronları hücre ölümünden koruduğu kanıtlandı.

Kan hastalıkları tedavisinde CRISPR

CASGEVY’nin 12 yaş ve üzeri hastalarda transfüzyona bağımlı beta-talasemi ve orak hücre hastalığının tedavisinde kullanıma girmesi, CRISPR tabanlı ilaçların hemofili gibi diğer kan hastalıklarını tedavi etmek için de iyileştirici bir terapi potansiyeli taşıdığını gösteriyor.

Hemofili, kanın pıhtılaşması için gerekli olan proteinlerin aktivitesini bozan mutasyonlardan kaynaklanıyor. Intellia Therapeutics, FDA tarafından klinik denemelerine onay verilen hemofili B tedavisi adayı için çok uluslu biyofarma şirketi Regeneron ile ortaklığını sonlandırmış olsa da, Regeneron bu ilacı tek başına geliştirmeye devam edecek.

Hemofili B, Faktör IX (FIX) adı verilen bir pıhtılaşma proteinini kodlayan F9 genindeki mutasyonlardan kaynaklanmasından ötürü Regeneron’un ilaç adayı, FIX üretimini sağlamak amacıyla hücrelere F9 geninin sağlıklı bir kopyasını yerleştirmek için CRISPR/Cas9 gen düzenlemesini kullanıyor.

Bu iki biyofarma şirketi (Intellia ve Regeneron), Faktör VIII eksikliği nedeniyle aşırı kanama olarak ortaya çıkan hemofili A’yı tedavi etmek için CRISPR adaylarını geliştirme konusundaki işbirliklerini ise sürdürecek. Bu terapi şu anda araştırma aşamasında.

COVID-19 tanı ve tedavisinde CRISPR

Pandemi sürecinde sağlık şirketleri COVID-19’u saptamak için polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) testleri geliştirirken, hızlı tarama amacıyla CRISPR teknolojisinden de yararlanılmaya başlandı. Çin’deki araştırmacılar tarafından 2023 yılında yapılan bir çalışmada, CRISPR tabanlı SARS-CoV-2 testinin RT-PCR ile karşılaştırılabilir bir performansa sahip olduğu, ancak RT-PCR’lere göre daha kısa test süresi, düşük maliyet ve pahalı ekipman gerektirmemesi gibi çeşitli avantajları olduğu bulundu.

Buna ek olarak, gen düzenleme aracı COVID-19 ve diğer viral enfeksiyonlarla mücadelede de kullanılabilir.

Örneğin Stanford Üniversitesi’ndeki bilim insanları, CRISPR/Cas13a olarak bilinen gen düzenleme teknolojisinin bir versiyonunu, COVID-19’a neden olan virüsün genetik materyalini kesip yok ederek akciğer hücrelerini enfekte etmesini engelleyecek şekilde programlamak için bir yöntem geliştirdi. PAC-MAN olarak adlandırılan bu yaklaşım, çözeltideki virüs miktarının yüzde 90’dan fazla azaltılmasına yardımcı oldu.

Georgia Teknoloji Enstitüsü’ndeki bir başka araştırma grubu da virüsü hücreye girmeden önce yok etmek için benzer bir yaklaşım kullandı. Yöntem canlı hayvanlarda test edildi ve COVID-19 ile enfekte olmuş hamsterlerin semptomlarını iyileştirdi. Tedavi, influenza (grip) virüsü ile enfekte olmuş fareler üzerinde de işe yaradı ve araştırmacılar bunun mevcut tüm influenza türlerinin yüzde 99’una karşı etkili olabileceğine inanıyor.

CRISPR teknolojisinin geleceği

Avrupa, ABD ve Birleşik Krallık’taki düzenleyici kurumların, hastaları tedavi etmek için ilk CRISPR tabanlı ilaca onay vermesi dikkate alındığında, yakın gelecekte bu dönüm noktasına ulaşan başka CRISPR ilaçları görmemiz oldukça muhtemel.

Bahsedilen hastalıkların yanı sıra, CRISPR görme ve işitme kaybı gibi diğer durumları tedavi etmek için de çalışılıyor. Mutasyonların neden olduğu körlükte, CRISPR gen düzenlemesi DNA’daki mutasyona uğramış genleri ortadan kaldırabilir ve bunları genlerin normal versiyonlarıyla değiştirebilir. Araştırmacılar ayrıca Atp2b2 ve Tmc1 genlerindeki mutasyonlardan kurtulmanın işitmenin kısmen geri kazanılmasına nasıl yardımcı olduğunu da gösterdi.

Bununla birlikte, CRISPR araştırmalarını gerçek tedavilere dönüştürmenin önündeki en büyük zorluklardan biri, CRISPR tedavisinin potansiyel risklerine ilişkin birçok bilinmeyenin olması. Bazı bilim insanları, gen düzenleme aracına karşı bağışıklık reaksiyonlarının yanı sıra olası “hedef dışı” etkilerden de endişe duyuyor. Ancak araştırmalar ilerledikçe, bilim insanları CRISPR’ın etkinliğini ve güvenliğini artırmak için çok çeşitli yaklaşımlar öneriyor ve test ediyor.

CRISPR teknolojisinin yakında kanser ve AIDS gibi karmaşık hastalıkları ele almak ve hatta ruh sağlığı bozukluklarıyla ilişkili genleri hedeflemek için bir yol sağlayacağına dair umutlar yüksek.