L'Avvento Rivoluzionario del Gene Editing
L'ingegneria genetica ha compiuto passi da gigante sin dagli anni Settanta, quando gli scienziati hanno imparato a tagliare il DNA con gli enzimi di restrizione, di origine batterica, acquisendo per la prima volta la consapevolezza della reale possibilità di manipolare il codice genetico. Se il DNA è un codice, ovvero nient’altro che una serie d’istruzioni, allora queste istruzioni possono essere modificate e riprogrammate. Certo, all'epoca gli strumenti a disposizione erano veramente primordiali e le modifiche genetiche erano assolutamente grossolane. Adesso la terapia genica ha fatto progressi enormi, e nuove cure sono rese possibili grazie a geni sani veicolati nell’organismo, sebbene le modifiche non avvengano sempre con precisione e le tecniche utilizzate siano ancora molto complesse e costose.
In questo contesto, il sistema CRISPR/Cas9 si configura come un approccio di ingegneria genetica che ha rivoluzionato il campo, consentendo di apportare modifiche mirate al DNA delle cellule. È una tecnica giovanissima, messa a punto solo nel 2012, che ha introdotto una potenzialità e versatilità fino a ieri inimmaginabili: qualunque tipo di cellula vegetale, animale, inclusa quella umana, può essere modificata geneticamente, e la correzione può avvenire ovunque nel genoma. Queste sono le caratteristiche del rivoluzionario "taglia e cuci genetico" che da oltre un anno entusiasma la comunità scientifica, rendendo l'editing genetico una procedura semplice e veloce. Si chiama editing genomico e permette di manipolare il DNA con una precisione, versatilità e facilità mai viste finora. Il numero di studi scientifici e di articoli di approfondimento pubblicati è stato impressionante e il ritmo non accenna a diminuire. Tutta l'attenzione è puntata su Crispr/Cas9, un termine che i ricercatori chiamano più semplicemente "crisper".
CRISPR/Cas9: Le Forbici Molecolari per il DNA
Il sistema CRISPR/Cas9 è un approccio che consente di ingegnerizzare il genoma di una cellula. In particolare, permette di modificare, rimuovere o aggiungere una specifica sequenza di DNA. Si basa sull’azione congiunta di una molecola di RNA guida e della nucleasi Cas9. È stato sviluppato a partire dalla scoperta che il semplice sistema immunitario dei batteri distrugge i virus frammentandone in modo specifico e mirato il DNA. Questa tecnologia si basa su un meccanismo di difesa che i batteri hanno da sempre utilizzato per proteggersi dai virus. Questo meccanismo prende il nome di Crispr/Cas9. L’acronimo CRISPR sta per "Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats", ovvero sequenze geniche che si ripetono, cui sono associati dei geni Cas (CRISPR-associated) che codificano degli enzimi capaci di tagliare il DNA.
Le sequenze di DNA CRISPR sono state scoperte per la prima volta nel sistema immunitario di procarioti come batteri e archei. Hanno acquisito importanza come strumenti di editing genetico a partire dal 2012, con la pubblicazione di Jinek et al. Dopo ogni ripetizione palindromica, le sequenze CRISPR contengono tratti di DNA provenienti da precedenti invasori virali e chiamati spaziatori, che contribuiscono alla rilevazione e alla distruzione di virus simili in futuro. Il sistema di difesa batterico è semplicissimo e si basa sulla combinazione di pochi elementi: la proteina Cas9 e un RNA guida che si appaia al DNA del virus per indicare all’enzima il pezzo da tagliare. Il risultato del meccanismo è la rottura del genoma virale e la sua messa "ko".
Due ricercatrici, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Anne Doudna, sono riuscite a ricreare in provetta questo meccanismo biologico, trasformandolo in uno strumento molecolare. La scoperta del sistema CRISPR/Cas9 è valsa alle due scienziate il premio Nobel per la chimica del 2020. Il Premio Nobel per la Chimica 2020 è stato assegnato loro per il loro contributo fondamentale alla scoperta di un metodo efficace di editing genetico, vale a dire un intervento di precisione che consente di introdurre modificazioni desiderate all’interno del DNA in modo semplice, efficace, veloce ed economico.
Rispetto ad altre tecniche di gene editing disponibili, che usano proteine per colpire il DNA, il metodo CRISPR/Cas9 utilizza l’RNA, che è per certi aspetti più semplice da usare, più economico e facile da introdurre nelle cellule. Questo è un grande vantaggio. Inoltre, è possibile colpire più sequenze contemporaneamente e quindi effettuare più correzioni alla volta. Prima di CRISPR/Cas9 (o A.C., Avanti CRISPR) esistevano altri sistemi di editing genetico mirato, come le ZFN e le TALEN. A differenza di CRISPR/Cas9, le ZFN e le TALEN sono più complesse da programmare, e quindi meno diffuse, ma il loro uso è largamente sovrapponibile a quello di CRISPR/Cas9. Questo sistema funziona anche in cellule superiori (cellule animali e umane) e, utilizzando un RNA guida disegnato ad hoc, si può indirizzare il taglio in un punto ben preciso, ad esempio a livello di una mutazione. Se a tutto ciò poi si aggiunge un frammento di DNA del tutto affine a quello bersaglio, ma con delle modifiche ben precise che si vogliono introdurre, il risultato non è più una semplice rottura del materiale genetico bensì la sostituzione di una sequenza di DNA con una nuova. È così che questa "forbice molecolare potenziata" diventa uno strumento di grande precisione per eliminare tratti di DNA difettosi o indesiderati, e sostituirli con tratti integri o desiderati.
Il Funzionamento Dettagliato del Sistema CRISPR/Cas9
Ma come funziona esattamente? L'enzima Cas9 viene inizialmente attivato mediante il legame a un RNA guida e poi mediante il legame alla sequenza genomica corrispondente che precede immediatamente una sequenza PAM trinucleotidica (Protospacer Adjacent Motif). Il legame iniziale della nucleasi avviene in corrispondenza di una sequenza PAM, dove si verifica il taglio a monte.
Un ricercatore progetta e sintetizza una singola molecola di RNA, l’RNA guida, che combina le due molecole crRNA e tracrRNA, e contiene una sequenza complementare a quella del DNA da correggere. In un primo momento si assembla il complesso CRISPR/Cas9, composto dall’RNA guida specifico per la sequenza da tagliare e dalla nucleasi Cas9. I sistemi CRISPR-Cas9 presentano due componenti principali che formano un complesso ribonucleoproteico. Il primo componente, o RNA guida, si lega a una sequenza di DNA complementare nel genoma e il secondo componente, Cas9 di Streptococcus pyogenes (SpCas9), crea una rottura a doppio filamento in corrispondenza del sito bersaglio. L’RNA guida funziona da ancora, fermando Cas9 esattamente sul punto del DNA bersaglio dove si vuole effettuare il taglio. Cas9 introduce nel DNA una rottura della doppia elica. Questo riconoscimento è assolutamente specifico e avviene grazie a un’apposita molecola di RNA, detta “RNA guida” (la cui sequenza è complementare a quella del sito che si vuole tagliare sul DNA), che può essere facilmente modificata in laboratorio. Cas (seguita da un numero, di solito 9) è una nucleasi, ossia un enzima che taglia il DNA, ed è infatti responsabile del taglio della molecola bersaglio. Una volta associata a Cas9, l’RNA guida agisce come una specie di “ancora”, fermando Cas9 sulla sequenza di DNA scelta.
Quando l’RNA guida e Cas9 sono introdotti in una cellula, interagiscono con la sequenza “bersaglio” e la correggono, per esempio rimuovendo o aggiungendo materiale genetico. L'editing genetico è una manipolazione genetica in cui si procede alla delezione, all’inserimento, alla sostituzione o alla modifica del DNA genomico di un organismo vivente. L’editing genetico è un metodo di targeting sito-specifico per la creazione di tagli nel DNA mediante varie tecniche e non prevede sempre il coinvolgimento di meccanismi di riparazione. Il complesso CRISPR/Cas9 induce una rottura della doppia elica del DNA, attivando così processi di riparo altamente conservati che possono portare all’inattivazione del gene stesso. Dopo che è stata creata una rottura a doppio filamento, la cellula attiva uno dei due meccanismi di riparazione seguenti: il meccanismo di giunzione terminale non omologa (Nonhomologous End Joining, NHEJ) o il meccanismo di ricombinazione omologa (Homology-Directed Recombination, HDR). L’inattivazione comporta lo “spegnimento” di un gene target, mentre la correzione facilita la riparazione del gene difettoso attraverso un taglio al suo interno. Questi processi possono anche essere sfruttati per inserire nuove informazioni geniche all’interno del sito bersaglio di CRISPR/Cas9, o per correggere mutazioni patologiche. Una volta modificato, CRISPR/Cas9 può anche essere utilizzato per indirizzare sul DNA fattori che attivano o inibiscono l’espressione dei geni. La precisione di questa tecnologia la rende lo strumento ideale per l’inserimento (knock-in) o la delezione (knockout) e per altre modifiche delle sequenze di DNA.
Versatilità e Ampie Applicazioni del Gene Editing
Le possibili applicazioni del sistema CRISPR/Cas9 sono molteplici e toccano diversi settori. L'avvento di CRISPR/Cas9 ha rivoluzionato la ricerca biomedica. È già utilizzato nella ricerca di base. Può essere per esempio utilizzato per generare animali geneticamente modificati, come quelli con geni knock-out. Poi, consente di creare popolazioni di cellule ognuna delle quali ha un solo gene mutato: in questo modo, per esempio, si può studiare il comportamento delle cellule in risposta a un farmaco per stabilire connessioni tra uno o più geni e una certa risposta biologica.
Nel 2013 gli scienziati hanno cominciato a utilizzare Crispr per creare piante quali grano, soia e riso, resistenti ai cambiamenti climatici, agli insetti o alle malattie. L’utilizzo dell’editing genetico negli animali permette invece di creare importanti modelli su cui studiare le patologie umane. Nel 2014 sono stati effettuati i primi esperimenti sulle scimmie, dove un gruppo di ricercatori ha modificato lo sviluppo neurologico di alcuni macachi per studiare condizioni quali l’autismo e l’Alzheimer. Un’altra importante risorsa è la creazione di animali ad hoc per gli xenotrapianti. Finora la ricerca della "coltivazione" di organi in altre specie, come il maiale, per i trapianti umani è stata limitata da due importanti ostacoli: i retrovirus del genoma del suino, trasmissibili agli esseri umani, e il rischio di rigetto. Mediante Crispr, il gruppo di ricerca guidato dal genetista George Church dell’Università di Harvard è riuscito a spegnere 20 geni alla base dei potenziali meccanismi di rigetto e tutte le 62 copie di retrovirus noti nel maiale.
Inoltre, recentemente il sistema CRISPR/Cas9 è stato sperimentato per rilevare la presenza del coronavirus (che causa il COVID-19) nei tamponi naso-faringei. Il sistema CRISPR/Cas9 è estremamente versatile e facile da utilizzare, e questo lo rende ideale per molte applicazioni. Hanno un enorme potenziale in moltissime applicazioni, ad esempio nel campo dell’agricoltura, della modellazione delle malattie, della terapia genica e della scoperta farmacologica, per citarne solo alcune.
L'Impatto Clinico del CRISPR/Cas9: Dalle Malattie Rare alle Nuove Frontiere Terapeutiche
L’applicazione più allettante è però utilizzare questa tecnica per correggere sequenze mutate responsabili di malattie genetiche e tumori. Molti gruppi di ricerca hanno avviato studi in questo senso, promettenti, ma anche delicati. Di recente alcune sue applicazioni sono state approvate in alcuni Paesi per uso clinico, per correggere mutazioni genetiche all’origine della β-talassemia, una malattia ereditaria. È allo studio per correggere altre mutazioni genetiche responsabili di diverse malattie ereditarie e tumori. Nel campo delle malattie genetiche Crispr è stata sperimentata per la distrofia muscolare di Duchenne. A fine dicembre 2015 sono stati pubblicati su Science tre diversi studi che dimostrano la potenzialità di Crispr per una possibile futura terapia per la Dmd. Anche in ambito clinico il nuovo meccanismo di editing punta ad applicazioni entusiasmanti.
Un esempio tangibile di questi progressi è l'amiloidosi da accumulo di transtiretina (amiloidosi ATTR), una malattia multisistemica rara che colpisce circa 50mila persone nel mondo. In questa condizione, la proteina prodotta - transtiretina (TTR), secreta dal fegato e responsabile del trasporto degli ormoni tiroidei nei vari organi del corpo - è difettosa a causa di mutazioni nel gene TTR. Un difetto che porta ad un accumulo della proteina, la quale forma ammassi che interferiscono con il corretto funzionamento degli organi, principalmente il cuore e i nervi. I farmaci ad oggi disponibili o in fase di studio non sono risolutivi: riducono la produzione della proteina TTR (prendendo di mira l'RNA messaggero che la codifica), ma devono essere presi per tutta la vita e non sempre arrestano la progressione della malattia. Patisiran è stato il primo trattamento di RNA interference (RNAi) disponibile per l'amiloidosi hATTR con polineuropatia allo stadio I e II, ottenendo l’approvazione all’immissione in commercio negli Stati Uniti e in Europa nel 2018. È però ancora da approfondire il tema dell’efficacia per la cardiomiopatia associata alla malattia.
Correggere il Dna: cosa può fare la terapia genica contro l'amiloidosi
Curare le malattie genetiche rare modificando il DNA direttamente nel corpo umano: questo è stato uno degli obiettivi che fin dall’inizio si sono posti gli scienziati che studiano la tecnica di editing genomico da Nobel. E nel 2021, per la prima volta, una terapia basata su CRISPR è stata introdotta per via endovenosa nel corpo di sei persone affette da amiloidosi da accumulo di transtiretina con polineuropatia. Il trattamento riduce significativamente i livelli della proteina TTR anomala, che si accumula progressivamente nei tessuti danneggiandoli. Interrompere la produzione di TTR agendo direttamente sul DNA potrebbe essere una strategia vincente che porterebbe ad un arresto nella progressione clinica della malattia e, forse, addirittura ad una inversione di marcia, superando anche i limiti delle terapie RNAi. È proprio questa l’idea alla base del lavoro pubblicato su New England Journal of Medicine. Si tratta del primo studio in assoluto a dimostrare - seppur con dati preliminari - che CRISPR è sicura ed efficace anche quando i suoi componenti vengono fatti arrivare alle cellule target tramite infusione nel flusso sanguigno. Come già accennato, la proteina TTR è prodotta nel fegato, un organo che assorbe facilmente i farmaci veicolati dal sangue.
Il sistema Crispr-Cas9 è composto da un enzima per tagliare il DNA (Cas9) e un segmento di RNA (RNA guida) che ha la funzione di dirigere Cas9 al sito bersaglio nel genoma. Questi componenti della macchina molecolare di editing genomico devono essere confezionati in modo da non essere degradati nell’organismo e essere consegnati dove necessario. Sulla base di queste considerazioni, e dopo alcuni studi preclinici, sei persone colpite da questa malattia genetica rara e fatale sono state trattate con NTLA-2001, prima terapia sperimentale in vivo basata su CRISPR - sviluppata da Intellia Therapeutics (biotech cofondata da Jennifer Doudna, pioniera di CRISPR insieme ad Emmanuelle Charpentier con la quale ha condiviso il Nobel) in collaborazione con Regeneron - e ideata per trattare l’amiloidosi ATTR. Il trattamento è avvenuto nell’ambito di uno studio clinico di Fase I, in corso in Gran Bretagna e Nuova Zelanda, che ha l’obiettivo di definire il dosaggio, valutare la sicurezza e l’efficacia preliminare di NTLA-2001. I dati pubblicati mostrano che il trattamento ha portato ad un notevole miglioramento clinico dei pazienti grazie alla riduzione del danno da accumulo di proteina TTR. Dei sei pazienti trattati, tre hanno ricevuto una dose più bassa della terapia somministrata per via sistemica e gli altri tre una dose più alta. In tutti è stato osservato un evidente calo del livello di TTR entro il primo mese, coloro che hanno ricevuto la più alta delle due dosi hanno avuto una riduzione media dei livelli patologici di proteina TTR dell'87%, con picchi del 96%.
L’applicazione in clinica resta una questione complicata. Mentre le tecniche ex vivo hanno già portato alcuni importanti risultati - come ad esempio nel campo dell’anemia falciforme e beta-talassemia con le terapie sviluppate da Vertex e CRISPR Therapeutics (biotech cofondata da Emmanuelle Charpentier) - quelle in vivo non avevano ancora fatto capolino sulla scena. La differenza tra le due modalità è che la terapia ex vivo presuppone il prelievo delle cellule staminali dal paziente, la loro manipolazione genetica in laboratorio e poi la reinfusione nel paziente stesso; mentre quella in vivo prevede la somministrazione di CRISPR - o di un’altra terapia genica - direttamente nell’organismo del paziente mediante iniezione locale o sistemica. Il risultato ottenuto per l’amiloidosi ATTR - grazie all’unione di due tecnologie sulla cresta dell’onda: le nanoparticelle lipidiche e l’ormai immancabile CRISPR - è veramente molto incoraggiante.
Ci sono poi studi focalizzati sull’inattivazione di geni coinvolti nell’insorgenza tumorale, altri sull’alterazione di geni associati a patologie cardiache o ancora sulla correzione del gene della beta-talassemia, una malattia genetica del sangue potenzialmente fatale. Nel 2015 l’azienda biofarmaceutica Sangamo Biosciences ha avviato delle sperimentazioni cliniche per valutare l’applicazione di Crispr come potenziale trattamento per l’Hiv. La speranza è che un’infusione intravenosa di linfociti T, le cellule responsabili della risposta immunitaria, modificati possa sostituire la terapia antivirale ora in uso. Il potenziale di CRISPR/Cas9 è vasto, ed è plausibile che questa promettente tecnologia avrà molte altre applicazioni terapeutiche.
La Tecnica CRISPR su Embrioni Umani: Sperimentazioni, Risultati e Sfide
Le alterazioni genetiche indotte con Crispr potrebbero avere un impatto inattendibile sull’uomo se compiute sulle cellule umane germinali, ovvero le cellule riproduttive (ovuli e spermatozoi) che trasmettono l’informazione genetica alle generazioni future, o direttamente sugli embrioni. E gli esperimenti in tal senso non si sono fatti attendere. Un gruppo di ricercatori cinesi guidato da Junjiu Huang dell’Università Sun Yat-sen di Guangzhou, ha messo in moto le nuove “forbici molecolari” su embrioni umani per modificare il gene della beta-talassemia, una malattia genetica del sangue potenzialmente fatale. Lo studio, pubblicato ad aprile del 2015, ha subito sollevato stupore e proteste, sia per l’aspetto etico sia dal punto di vista dei limiti di Crispr che sugli embrioni non si è dimostrato tanto efficace. Infatti, su 86 embrioni manipolati 15 non sono sopravvissuti e solo su 28 sono state eliminate le mutazioni del gene della beta-talassemia. Sono stati inoltre rilevati alte percentuali di “off target”, Crispr ha effettuato la sua azione di “taglia e cuci” in diversi punti non desiderati, al di fuori del gene bersaglio, in maniera potenzialmente dannosa. Huang si è difeso spiegando che erano stati scelti degli embrioni che, per caratteristiche genetiche, non potevano andare avanti nel loro sviluppo ed essere impiantanti, e che lo scopo della ricerca era semplicemente capire le reali potenzialità di Crispr.
Un passo in avanti verso la possibilità di correggere mutazioni genetiche direttamente negli embrioni è stato fatto da un gruppo di ricercatori cinesi, che in un esperimento pilota su alcuni embrioni umani ha usato con successo la tecnica di editing genetico CRISPR-Cas9 per correggere una mutazione dannosa nelle cellule di tre di essi. In altri casi, invece, il successo è stato solo parziale, dato che l'eliminazione della mutazione è riuscita solo in una parte delle cellule. L'annuncio di questo parziale successo è stato dato in anteprima da “New Scientist”, che rimanda per la descrizione dello studio a un articolo pubblicato su “Molecular Genetics and Genomics”, a firma di ricercatori del Third Affiliated Hospital della Guangzhou Medical University e dello State Key Laboratory of Proteomics.
Finora i tentativi di correzione di mutazioni con la tecnica CRISPR negli embrioni umani erano stati condotti solo in embrioni anomali, che non avrebbero mai potuto svilupparsi completamente. I risultati erano stati però alquanto deludenti: la correzione riusciva in media solo in una cellula su dieci. Nel nuovo studio i ricercatori hanno invece usato cellule uovo normali, anche se immature (solitamente scartate dalle cliniche di fecondazione in vitro perché hanno un tasso di successo molto basso), che hanno poi fecondato con lo sperma di due donatori, portatori di due mutazioni genetiche. Il primo era portatore di una mutazione chiamata G1376T nel gene per l'enzima G6PD, che provoca una forma di favismo molto diffusa in Cina; il secondo aveva una mutazione, chiamata beta41-42, che è una delle cause della beta-talassemia.
Nel caso del primo donatore, l'intervento con CRISPR ha permesso di ottenere due embrioni in cui la mutazione G1376T è stata corretta, ma nel terzo l'operazione è riuscita solo in alcune delle cellule, ottenendo così un “embrione a mosaico”. Dei quattro embrioni ottenuti nel secondo caso, invece, solo in uno la rimozione della mutazione è riuscita in tutte le cellule, due sono diventati embrioni a mosaico e nell'ultimo l'operazione è fallita. Per rendere più sicuro l'utilizzo della CRISPR nella correzione delle mutazioni genetiche dannose è dunque necessaria ancora molta ricerca per prevenire la possibilità del mosaicismo. Il mosaicismo potrebbe anche essere evitato modificando il genoma negli spermatozoi e nelle cellule uovo prima di eseguire la fecondazione in vitro, invece di intervenire sull'embrione. Questa possibilità - spiega Robin Lovell-Badge del Francis Crick Institute di Londra, esperto in tecniche di correzione genetica, che non ha partecipato allo studio - potrebbe diventare realtà nel giro di qualche anno.
I primi esperimenti con CRISPR sugli embrioni umani risalgono a cinque anni fa e in questi anni i passi avanti sono stati numerosi, ma queste ultime ricerche sottolineano quanto poco si sappia di come l’embrione umano si difenda dai danni al DNA causati dal sistema di editing genomico. L’idea è quella di usare l’editing genomico per inserire una mutazione in una fase precoce di sviluppo, affinché essa sia presente in tutte le cellule dell’organismo, comprese quelle della linea germinale. Così, oltre a creare un organismo geneticamente modificato, la mutazione inserita sarà anche ereditata dalla generazione successiva, entrando in modo permanente nella genetica di quella famiglia, con tutte le riflessioni bioetiche del caso.
CRISPR riconosce il sito bersaglio grazie all’RNA guida e lo taglia grazie all’enzima Cas, ma gli ultimi dati mostrano che il sistema di editing non si limita a correggere la mutazione obiettivo: a causa dei meccanismi di riparazione cellulari crea scompiglio genetico nelle vicinanze. Sono state riscontrate varie tipologie di danno conseguenti alla rottura del DNA e ai processi di riparazione, tra cui macrodelezioni, riarrangiamenti più o meno ampi, traslocazioni e anche perdita di un cromosoma. Attualmente, le conoscenze sui meccanismi di riparazione del DNA sono ancora troppo limitate per poter modificare in tranquillità il materiale genetico in un embrione. Parlando di CRISPR, il rischio più discusso è da tempo quello delle mutazioni indesiderate cosiddette “off target”, cioè lontane dal sito di azione del meccanismo di editing. Studi più recenti hanno però evidenziato il rischio di grosse anomalie indesiderate vicino all’obiettivo.
A inizio giugno è stato pubblicato lo studio firmato da Kathy Niakan che, assieme ai colleghi, ha usato Crispr-Cas9 per inserire mutazioni nel gene POU5F1, il cui ruolo è importante nello sviluppo, in 18 embrioni rimasti inutilizzati dalle pratiche di fecondazione assistita e donati alla ricerca scientifica. Sono state trovate modifiche indesiderate, che interessavano ampie porzioni di DNA attorno al gene bersaglio, nel 22% delle cellule embrionali umane. Il gene bersaglio del gruppo della Oregon Health & Science University è MYH7 ed è collegato alla cardiomiopatia familiare ipertrofica. In questo studio è stato evidenziato che il 40% delle correzioni trovate era causato da un fenomeno chiamato conversione genica, nel quale il processo di riparazione del DNA copia la sequenza da un cromosoma per aggiustare il suo omologo. Il terzo studio è quello condotto dai ricercatori della Columbia University. In questo caso l’obiettivo dell’editing genomico era EYS, gene coinvolto nella retinite pigmentosa, una malattia degenerativa che colpisce l’occhio. Il lavoro ha dimostrato che a seguito della rottura del doppio filamento di DNA indotta da Cas9, nella metà degli embrioni trattati le lesioni non vengono riparate con conseguenti danni durante il processo di divisione cellulare. In passato erano già state fatte sperimentazioni su embrioni di topo e su altre cellule umane con risultati simili, ma era necessario dimostrarlo anche su embrioni umani dato che cellule diverse rispondono in modo differente.
Oltre la Scienza: Dibattiti Etici, Proprietà Intellettuale e Futuro del Gene Editing
La comunità scientifica internazionale ha subito puntato il dito accusatore contro la Cina, che già in passato ha dimostrato di non badare tanto alla bioetica, in seguito alle prime pubblicazioni sull'editing embrionale. La scienza non è fatta di dati e nozioni inconfutabili: man mano che la ricerca prosegue le informazioni cambiano, le tecniche migliorano e le scoperte fanno evolvere il sapere. Per il momento, la gran parte delle terapie avanzate sono applicate in clinica per il trattamento di malattie rare o di patologie molto gravi e spesso senza speranze, cosa che in parte giustifica i rischi intrinseci dell’applicazione di una nuova tecnica.
Nel caso dell’editing sulla linea germinale, gli esperimenti sono pochi e limitati alla preclinica e solo uno scienziato al mondo si è spinto oltre il confine portando alla nascita due gemelline da embrioni editati. L’applicazione di CRISPR alle cellule somatiche, invece, permette di modificare solo quei tessuti specifici, eliminando la componente ereditaria e riducendo i rischi legati alla trasmissione della mutazione. Un quadro normativo sull’editing genomico ancora non esiste e dopo la pubblicazione di Huang la comunità scientifica ha cominciato a correre ai ripari. Su iniziativa delle Accademie di Scienza e Medicina Statunitensi e cinesi e della britannica Royal Society si è svolto, dal 1 al 3 dicembre scorso a Washington, un summit internazionale sull’editing genomico applicato all’uomo. Insieme ai ricercatori pionieri della tecnica Crispr erano presenti scienziati, bioeticisti, giuristi, storici della scienza e associazioni di pazienti provenienti da tutto il mondo. Alcuni erano presenti per chiedere una moratoria, ovvero un blocco temporaneo della ricerca in questo ambito. Dopo tre giorni di consultazioni la dichiarazione finale del summit si è limitata ad asserire l’irresponsabilità dell’utilizzo di Crispr sulla linea germinale o sugli embrioni, e a invitare a procedere con cautela nella ricerca valutando periodicamente il bilancio tra rischi e benefici. Molti scienziati hanno sottolineato l’importanza di non bloccare la ricerca di base, perché grazie a questa sarà possibile studiare a fondo il funzionamento delle nuove straordinarie “forbici molecolari” e capire come poter applicare al meglio la tecnica per la salute dell’uomo.
E tra un dibattito e l’altro, intorno a Crispr si è scatenata anche un’altra bufera: quella della proprietà intellettuale della scoperta scientifica. La battaglia è tra Doudna e Charpentier, le due ricercatrici che per prime hanno dimostrato la possibilità di utilizzare Crispr per l’editing genomico e Zhang che ha ottimizzato il sistema Crispr/Cas9 e lo ha utilizzato per primo nelle cellule umane. Nonostante le due ricercatrici abbiano avviato la procedura di richiesta di brevetto per la nuova tecnica di editing a marzo 2013 e Zhang a ottobre 2013, i diritti di proprietà intellettuale di Crispr sono andati a quest’ultimo. Zhang ha inoltre ottenuto, successivamente, altri brevetti per le diverse versioni di Cas9 messe a punto per aumentare l’efficienza dell’enzima. Doudna e Charpentier hanno avviato una causa per la detenzione del brevetto, nella quale affermano di essere le prime ideatrici della nuova tecnica, d’altra parte Zhang ribatte che il brevetto è suo di diritto perché è stato il primo ad aver saputo applicare la tecnica in cellule. Lo scorso gennaio, lo US Patent and Trademark Office (Uspto), l’ufficio statunitense dei brevetti e dei marchi di fabbrica, ha dichiarato di voler stabilire al più presto chi sarà a raccogliere i frutti dell’innovativa tecnica. Ma, nel frattempo, le richieste di brevetto di Crispr per specifiche applicazioni in campo biomedico si moltiplicano e arrivano dai laboratori di tutto il mondo.
Su un altro versante, le aziende farmaceutiche e biotech hanno velocemente capito le enormi potenzialità della nuova tecnica e hanno iniziato la corsa per chi arriverà per primo all’applicazione clinica. Gli investimenti sono notevoli e molte startup sono state avviate dagli stessi pionieri di Crispr. Ad esempio, Editas Medicine, cofondata da Zhang e Church, sta portando avanti la ricerca preclinica sulla distrofia di Duchenne e altre malattie, e ha raccolto 120 milioni di dollari da un gruppo d’investitori tra cui spiccano nomi come Bill Gates e Google Ventures. Novartis ha firmato accordi con Intellia Therapeutics e con Caribou Bioscience, entrambe cofondate da Doudna, per la scoperta e lo sviluppo di nuovi farmaci che utilizzano la tecnica Crispr. L'anno 2015 è stato sicuramente un anno esplosivo per Crispr, i ricercatori hanno spinto sull’acceleratore e l’attenzione si è spostata da un pubblico di soli esperti a un pubblico più vasto, il dibattito si è spostato dalle problematiche tecnico-scientifiche a quelle etiche, le case farmaceutiche sono uscite allo scoperto e hanno iniziato la loro corsa contro il tempo.