Một Hình Thức Sửa Gen Thượng Lưu Tiến Hành Thử Nghiệm Trên Người

Trong tháng 4 năm 2016, Waseem Qasim, một giáo sư chuyên nghiên cứu về tế bào và gen, đã bị cuốn hút bởi một bài báo khoa học mới mô tả một cách cách mạng để điều chỉnh DNA: base editing. Bài báo được xuất bản bởi phòng thí nghiệm của David Liu tại Viện Broad của MIT và Harvard, mô tả một phiên bản của sửa gen Crispr cho phép thực hiện những thay đổi chính xác hơn bao giờ hết. “Có vẻ như khoa học viễn tưởng đã đến,” Qasim nói, người giảng dạy tại Đại học College London.

Mã gen của mọi sinh linh được tạo thành từ một chuỗi gồm bốn cơ sở hóa học: A, C, G, và T. Chúng kết hợp để tạo thành cấu trúc xoắn kép của DNA. Crispr truyền thống và các phương pháp sửa gen trước đó hoạt động bằng cách cắt đứt xoắn kép hai lớp của DNA để loại bỏ gen gây bệnh, chẳng hạn. Base editing, ngược lại, chỉ đơn giản là trao đổi một cơ sở hóa học cho một cơ sở khác để sửa một đột biến hoặc vô hiệu hóa một gen. Base editor đầu tiên mà phòng thí nghiệm của Liu mô tả có thể chuyển đổi một C thành một T. Những base editor khác đã được phát minh kể từ đó. 

Các nhà khoa học ngay lập tức nhận ra giá trị của base editing. Nhiều bệnh di truyền, chẳng hạn như viêm phổi mủ và thiếu máu hồng cầu hình cưa, là do thay đổi một cơ sở trong DNA. Bây giờ, trong lý thuyết, những đột biến đó có thể được sửa chữa bằng cách chuyển đổi một cơ sở cho một cái khác. Qasim và đội ngũ của ông muốn sử dụng base editing cho một mục đích khác: thay đổi tế bào miễn dịch nhằm điều trị ung thư.

Sử dụng bài báo của Liu như một hướng dẫn, Qasim và đội ngũ của ông tạo ra các base editor riêng và phát hiện rằng chúng vô cùng hiệu quả trong việc thay đổi gen của tế bào trong phòng thí nghiệm. Trong vòng sáu năm tiếp theo, họ đã làm việc để cải thiện công nghệ, và vào tháng 5, họ đưa nó qua bài kiểm tra cuối cùng, sử dụng nó để điều trị một bệnh nhân mắc bệnh ung thư máu với hy vọng chữa trị căn bệnh của cô ấy. Đó là lần đầu tiên mà hình thức sửa gen mới này được sử dụng để điều trị một con người.

Bệnh nhân, một cô bé 13 tuổi tên là Alyssa, được chẩn đoán mắc một loại ung thư hiếm và gây nguy hiểm gọi là Leukemia tế bào T vào tháng 5 năm 2021. Tế bào T là một phần quan trọng của hệ thống miễn dịch, bình thường bảo vệ cơ thể khỏi nhiễm trùng. Nhưng trong Leukemia tế bào T, chúng phát triển không kiểm soát. Bác sĩ đã cố gắng điều trị Alyssa bằng hóa trị và ghép tủy xương, nhưng bệnh của cô ấy trở lại.

Với không có lựa chọn điều trị nào khác, Alyssa đủ điều kiện tham gia thử nghiệm kiểm tra phương pháp điều trị base editing thử nghiệm. Qasim và đội ngũ của ông thu thập tế bào T từ một người hiến tế bào khỏe mạnh và sử dụng base editing để thực hiện bốn thay đổi riêng biệt—tất cả là chuyển đổi cơ sở từ C sang T—cho các tế bào. Những sửa đổi này cho phép tế bào T từ người hiến có thể trượt qua các phòng thủ của cơ thể, nhận diện một receptor cụ thể trên tế bào Leukemia và tiêu diệt khối u. Bác sĩ tại Viện Sức khỏe Trẻ em Great Ormond Street, thuộc Đại học College London, sau đó tiêm tế bào được chỉnh sửa vào hệ thống máu của Alyssa. 

Sau khi nhận tế bào được chỉnh sửa, Alyssa trải qua một hiện tượng phụ gây viêm được biết đến là hội chứng giải phóng cytokine, một hiện tượng phổ biến khi sử dụng liệu pháp miễn dịch để điều trị ung thư. Ở một số bệnh nhân, nó có thể đe dọa tính mạng, nhưng các triệu chứng của Alyssa nhẹ và cô ấy nhanh chóng hồi phục, Qasim nói. Một tháng sau khi được tiêm, căn bệnh của cô ấy ở trong tình trạng hồi phục và cô ấy vẫn tiếp tục khỏe mạnh. “Chúng tôi đã xác nhận rằng mức bệnh vẫn không thể phát hiện được,” Qasim nói. Ông trình bày kết quả sơ bộ này vào đầu tháng này tại cuộc họp của Hội nghị Huyết học Hoa Kỳ tại New Orleans. (Những kết quả này chưa được xuất bản trong một tạp chí được đánh giá bởi các chuyên gia.) 

Đó là những ngày đầu tiên của base editing, vì vậy các nhà nghiên cứu sẽ cần điều trị nhiều bệnh nhân hơn và theo dõi họ lâu dài hơn để biết liệu pháp có kéo dài lâu dài hay không. Đội ngũ của Qasim dự định điều trị đến 10 trẻ em trong thử nghiệm và theo dõi họ trong vòng một năm như là phần của nghiên cứu, và sau đó tiếp tục kiểm tra định kỳ.

Qasim và các nhà khoa học khác cho rằng base editing có thể an toàn hơn so với Crispr vì nó không gây ra sự phá vỡ trong DNA—một nhược điểm nổi tiếng. Crispr hoạt động bằng cách cắt ra các đoạn DNA gây vấn đề, nhưng thường cắt nhiều hơn cần. Tế bào tự nhiên sửa chữa khu vực bị hỏng, nhưng sửa chữa không luôn mượt mà. Đôi khi, quá trình sửa chữa gây ra sắp xếp ngẫu nhiên của DNA xung quanh khu vực chỉnh sửa—và trong trường hợp chỉnh sửa nhiều lần, có nguy cơ cao hơn về sự sắp xếp này. Mặc dù hiếm, những sai sót này lý thuyết có thể dẫn đến ung thư. Ngược lại, base editing không gây ra loại hỏng hóc tế bào này. 

Ưu điểm tiềm năng này đã dẫn các công ty sinh học Beam Therapeutics và Verve Therapeutics ở Cambridge, Massachusetts, Mỹ, theo đuổi các phương pháp điều trị base editing cho ung thư và một số bệnh di truyền. Trong mùa hè này, Verve bắt đầu một thử nghiệm lâm sàng trên người ở New Zealand, và cả hai công ty đều sẵn sàng bắt đầu các thử nghiệm tại Hoa Kỳ. “Nếu bạn muốn loại bỏ điều gì đó, Crispr là một cách khá tốt để làm điều đó. Nhưng nếu bạn muốn sửa chữa điều gì đó, điều đó khó khăn hơn nhiều,” John Evans, Giám đốc điều hành của Beam Therapeutics nói. “Base editing là kiểu chỉnh sửa thế hệ tiếp theo cho phép chúng tôi kiểm soát chính xác hơn những thay đổi chúng tôi muốn thực hiện.”  

Sekar Kathiresan, CEO của Verve Therapeutics, nói rằng công ty đã chọn base editing thay vì Crispr cổ điển sau khi so sánh hai phương pháp trong chuột, khỉ và tế bào người trong phòng thí nghiệm. Trong một bài báo năm 2021 trên tạp chí Nature, các nhà khoa học tại Verve và Đại học Pennsylvania đã phát hiện ra rằng ở khỉ, base editing có thể vô hiệu hóa một gene gọi là PCSK9 trong gan, đóng vai trò làm giảm sản xuất lipoprotein mật độ thấp, hoặc LDL. Mức LDL cao, còn được biết đến là cholesterol “xấu,” tăng nguy cơ mắc bệnh tim và đột quỵ. Việc tiêm base-editing giảm protein PCSK9 90% và mức LDL 60% trong 10 tháng. Hiệu quả duy trì suốt thời kỳ nghiên cứu 10 tháng—cũng như trong hai nửa năm kể từ sau đó mà công ty đã theo dõi con khỉ, Kathiresan nói.

Kathiresan nhìn thấy tương lai trong đó base editing trở thành một phương pháp điều trị thông thường cho những người có nguy cơ mắc nhiều cơn đau tim lặp đi lặp lại. Ở Hoa Kỳ, khoảng một trong năm người mắc cơn đau tim đầu tiên được đưa vào bệnh viện để trải qua cơn đau tim thứ hai trong vòng năm năm. Sau một cơn đau tim, việc phổ biến là người ta được cắm stent—một ống lưới nhỏ giữ mở một động mạch—để cải thiện dòng máu. Kathiresan tưởng tượng rằng họ có thể một ngày nhận liệu pháp ngăn chặn thứ hai: một liệu pháp base-editing một lần để vĩnh viễn giảm mức LDL của họ.

Tính đến thời điểm này, công ty đang tập trung kiểm nghiệm liệu pháp ở những bệnh nhân mắc bệnh cholesterol cao do gen. Tháng 7, một bệnh nhân ở New Zealand trở thành người đầu tiên được nhận liệu pháp, được thực hiện dưới dạng tiêm một lần. Công ty đang mời thêm bệnh nhân tham gia thử nghiệm đó và chưa công bố kết quả. 

Thử nghiệm ở Hoa Kỳ có thể mất nhiều thời gian hơn, vì Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đang chặt chẽ kiểm tra các ứng dụng base editing. Verve đã nộp đơn để đưa phiên bản của nghiên cứu về cholesterol của mình vào Hoa Kỳ, nhưng hiện đang tạm dừng cho đến khi công ty có thể cung cấp thêm dữ liệu về an toàn cho cơ quan này. Trong một bản báo cáo với Ủy ban Chứng khoán và Giao dịch Hoa Kỳ, Verve cho biết FDA đã yêu cầu thêm thông tin về rủi ro chỉnh sửa ngẫu nhiên cho tế bào không phải trong gan—đặc biệt là trứng và tinh trùng. Nếu chúng được chỉnh sửa ngẫu nhiên, sự thay đổi gen có thể được chuyển giao cho các thế hệ tương lai. 

“Chúng tôi không có ý định làm như vậy,” Kathiresan nói. “Mục tiêu của chúng tôi là chỉnh sửa xảy ra trong người đó và ảnh hưởng đến cholesterol của người đó chúng tôi đang điều trị.” Kathiresan nói rằng công ty có dữ liệu thú nghiệm trên động vật chứng minh rằng chỉnh sửa không xảy ra trong tinh trùng hoặc trứng ở chuột và khỉ.

Trong khi đó, Beam Therapeutics đã nhận được sự chấp thuận từ FDA để tiến hành thử nghiệm kiểm tra base editing ở bệnh nhân mắc bệnh thiếu máu xoang thể, một bệnh di truyền gây đau đớn nặng nề. Người mắc bệnh có những tế bào máu đỏ kết dính, biến dạng vì họ có huyết sắc tố bất thường, là protein mang oxy qua cơ thể. Liệu pháp của Beam tạo ra một chỉnh sửa A thành G để kích hoạt phiên bản huyết sắc tố của thai nhi đối kháng tác động của đột biến gây bệnh thiếu máu xoang thể. Beam đang tuyển chọn ứng cử viên tham gia thử nghiệm và dự kiến bắt đầu điều trị bệnh nhân vào năm sau.

Tuy nhiên, công ty cũng phải đối mặt với các câu hỏi và một sự tạm dừng từ FDA khi đề xuất thử nghiệm thứ hai, lần này là cho liệu pháp điều trị bệnh leukemia sử dụng T cells được chỉnh sửa bằng base editing. Trong một báo cáo tài chính tháng 8, công ty tiết lộ rằng FDA muốn có thêm dữ liệu về chỉnh sửa ngoại ô có thể xảy ra. Cơ quan đã dỡ bỏ tạm dừng trên thử nghiệm của Beam vào đầu tháng này, cho phép thử nghiệm tiếp tục.

Evans không ngạc nhiên với sự thận trọng của FDA. “Đây là khoa học mới và chúng tôi quan tâm đến bệnh nhân,” ông nói. Nhưng khi các thử nghiệm bắt đầu, năm 2023 có thể là năm mà base editing gia nhập Crispr ở hàng đầu của công nghệ chỉnh sửa gene.