Fikser sjeldne sykdommer ved å klippe og lime sammen gener

Noen av de mest sjeldne og alvorlige genetiske sykdommene med bare én genfeil er noe som kalles for primære immunsviktsykdommer. Dette er sykdommer der beinmargen danner feil type blodceller og immunceller.

Tilstanden arter seg ulikt fra person til person. Mange blir utsatt for alvorlige og sjeldne infeksjoner. Noen får autoimmune sykdommer, slik som kronisk tarmbetennelse, og noen får ulike typer kreft i blodet eller i andre organer. De kan med andre ord få mange ulike sykdom - mer. Det gjør det ikke akkurat lett for allmennlegene.

– Det store problemet er at det ofte er vanskelig å oppdage sykdommen. Da er faren stor for at pasienten ikke blir optimalt behandlet. Den samme genfeilen kan føre til ulike symptomer hos ulike mennesker. Så selv om to personer med denne tilstanden blir syke, kan sykdommen likevel se forskjellig ut, forteller lege og forsker Emma Maria Haapaniemi på Norsk senter for molekylærmedisin ved Universitetet i Oslo.

Symptomene er diffuse og kan ligne på andre sykdommer.

– Det kan ta ti år med ulike tester før legene vet hva som feiler dem. Imens blir pasientene sakte dårligere.

Ikke alle fanges opp

Ifølge Norsk Helseinformatikk lider 600 personer i landet av disse sjeldne sykdommene. Selv om samfunnet de siste fem årene har screenet alle nyfødte for primære immunsviktsykdommer, blir ikke alle fanget opp.

– Det finnes dessverre genetiske immunsykdommer som ikke blir fanget opp i screeningen. De fleste er dessuten født før screeningen startet for fem år siden. Det betyr at vi har mange tilfeller som ennå ikke er oppdaget.

Uheldigvis er det enda et problem. Dagens diagnostikk har sine begrensninger, selv om sykehusene allerede i dag har avanserte sekvenseringsteknikker som kan pløye gjennom hele arvemassen.

– Hvis legen får inn en pasient med en immunologisk sykdom som kan skyldes en genfeil, er sannsynligheten for å finne genfeilen med dagens teknikk bare 30 til 40 prosent. Det betyr:

 – I 60 til 70 prosent av undersøkelsene finner vi ingenting.

Forklaringen er todelt.

Genfeilen kan ha kommet inn litt senere i livet. Da finnes ikke genfeilen i alle cellene, men bare i noen av dem. Hvis legen tar en blodprøve, er det derfor ikke sikkert at akkurat de cellene som har genfeil, plukkes opp.

– Det kan også tenkes at sykdommen ennå ikke er oppdaget.

Takket være moderne gensekvensering avslører medisinerne en ny sykdom i måneden.

– Det er mange genfeil som dagens teknikk er for dårlig til å finne. Dessuten er det mange genfeil som vi fortsatt ikke kjenner til, eller som vi ennå ikke har koblet til immunsykdommer.

CRISPR

Det er her forskningen til Emma Maria Haapaniemi kommer inn. Forskningsgruppen hennes, Haapaniemi-gruppen, jakter på bedre behandlingsformer for sjeldne immunsykdommer, og da er det snakk om både kjente immunsviktsykdommer og immunologiske tilstander med ukjent opprinnelse.

For bedre å forstå og behandle disse sykdommene har Emma Maria Haapaniemi tatt i bruk en svært moderne genredigeringsteknikk som kalles for CRISPR.

– Diagnostikk og behandling er ikke rett frem, men mulighetene er store. Vi ønsker å bruke CRISPR til å behandle alle pasienter med immunsviktsykdommer.

Du kan like godt lære deg det betagende og tungegymnastikk-krevende ordet CRISPR med en gang. Det vil i løpet av kort tid bli allemannseie. Med CRISPR er det mulig å klippe og lime inn gener. Eller for å si det med andre ord: Ved å endre på små biter i genene er det mulig å manipulere og endre på arvematerialet vårt.

Den store fordelen med CRISPR er at denne metoden er både enklere og billigere å bruke enn andre genteknologiske metoder.

Klippe genomet på rett sted

Emma Maria Haapaniemi bruker et spesielt system i CRISPR, et system som kalles for CRISPR-Cas9. Dette systemet er inspirert av en streptokokkbakterie som fører til halsbetennelse. Streptokokkbakterien kutter opp og ødelegger DNA-et fra virusene som infiserer den. Teknikken CRISPR-Cas9 er tilpasset oss mennesker og fungerer som en saks for å fjerne helt bestemte områder i genomet. Samtidig er det viktig å passe på at saksen ikke klipper bort de andre delene av genomet. For å være helt sikker på at saksen fungerer som den skal, er det nødvendig med omfattende testing for hver eneste mutasjon som skal klippes bort.

Laboratoriearbeidet er foreløpig krevende.

– Når vi får mer erfaring, vil testen kunne bli forholdsvis enkel.

For å designe hvordan CRISPR-teknologien skal kunne brukes best mulig, samarbeider Haapaniemi med professor Eivind Valen på Institutt for informatikk ved Universitetet i Bergen. Han bruker tunge, statistiske beregninger for å komme i mål.

– Vi håper at vi i fremtiden kan beregne hvordan vi kan gjennomføre CRISPR-teknologien på individnivå, sier Haapaniemi.

Behandlingen

Dagens behandling er krevende. I dag kan visse pasienter, før de får sykdommen, behandles med antibiotika, immunglobuliner, som spiller en sentral rolle i immunforsvaret, eller med målrettete behandlinger som egentlig ble utviklet for å behandle kreft og autoimmune sykdommer. Hvis intet av dette fungerer, eller hvis pasienten lider av en av de alvorlige formene av sykdommen, må pasienten gjennom en beinmargstransplantasjon. Dette inngrepet har dessverre sine svakheter.

– Hvis pasienten er veldig syk, er sannsynligheten lavere for at behandlingen fungerer.

Visse genfeil kan dessuten føre til dårlige prognoser for beinmargstransplantasjonen.

Pasienten får vanligvis beinmargsceller fra en donor. Når donorcellene havner i beinmargen til pasienten, er faren stor for at pasientens egne celler støter dem bort. For å unngå dette trengs det kraftig cellegift.

Haapaniemi ser for seg tre muligheter for å gjøre behandlingen bedre i fremtiden.

Mulighet 1:

Én mulighet, ifølge Haapaniemi, er å korrigere genfeilene i stamceller. Stamceller er generaliserte celler som via celledeling skaper alle de spesialiserte cellene kroppen trenger, slik som blodceller og immunceller. Både blodcellene og immuncellene dannes i beinmargen fra noe som kalles for multipotente stamceller.

Ideen er å ta stamceller fra beinmargen og korri[1]gere dem for genfeil på laboratoriet. Før stamcelle[1]ne settes tilbake igjen i beinmargen, får pasienten cellegift for å ta knekken på de syke stamcellene i beinmargen.

– Dette er den beste behandlingen, og det er den vi prøver å få til nå. De kliniske studiene er allerede i gang i USA for enkelte genetiske sykdommer, slik som sigdcelleanemi, en medfødt genetisk sykdom som forårsaker anemi. I Norge er teknikken ennå ikke i klinisk bruk.

Fordelen med denne metoden fremfor dagens beinmargstransplantasjon er at pasienten trenger mindre mengder cellegift. Det holder nemlig å bruke kroppens egne stamceller. Da trengs det ingen stamceller fra donor.

Denne metoden har likevel en stor svakhet. Om pasienten har modifikasjoner i et bestemt gen og er disponert for kreft, kan CRISPR-behandlingen føre til at kreften slår raskere ut.

Det er dessuten vanskelig å korrigere stamceller, for korrigeringen for de fleste sykdommene må skje akkurat når stamcellene deler seg. Uheldigvis deler ikke stamceller seg så ofte.

– Vi er derfor nødt til å «piske» stamcellene for at de skal dele seg. Da dukker det opp enda et par problemer.

1) Når stamceller deler seg, utvikler de seg et steg videre til å bli spesifikke celler.

2) Behandlerne klarer ikke å rette opp genfeilene i alle stamcellene.

Men for å unngå pessimisme poengterer Haapaniemi:

– For en del immunsviktsykdommer holder det å korrigere 10 til 20 prosent av stamcellene. For disse sykdommene er det som oftest bare én type celler som er rammet. Hvis disse cellene kommer fra de manipulerte stamcellene, blir pasienten bedre.

Mulighet 2:

Den andre muligheten til Haapaniemi er å legge CRISPR inn i blodbanen, slik at CRISPR selv korrigerer stamcellene inne i beinmargen.

– Men det tar lang tid før denne metoden vil kunne brukes klinisk. Metoden er krevende. Den største utfordringen er å få CRISPR til rett sted i kroppen.

Her ser Haapaniemi for seg to muligheter: CRISPR kan fraktes til det rette stedet med enten virus eller nanopartikler.

Mulighet 3:

En tredje og mye enklere mulighet er å glemme stamcellene og korrigere de spesialiserte cellene. Et eksempel er å korrigere T-celler, som er en viktig del av immunforsvaret.

– Hvis pasienten får en alvorlig infeksjon, kan vi ta T-celler fra pasienten, endre på dem med CRISPR og sette dem tilbake igjen.

Denne metoden er medisinsk sett den mest behagelige for pasienten. Da slipper pasienten inngrepet i beinmargen. Men – for alt handler om et men: Ved noen sykdommer vil ikke behandlingen hjelpe. Det gjelder sykdommer der flere typer celler er angrepet og det bare er mulig å rette opp én av dem. Og dessuten: Hvis infeksjonen har vart lenge, kan T-cellene ha blitt utslitte. Da vil ikke metoden fungere så bra likevel.

Trenger mer støtte

Selv om Haapaniemi skulle finne en løsning, kan hun ikke gjøre dette alene.

– Vi trenger støtte til miljøer som forsker på immunterapi, slik at de enkelte forskergruppene kan utfylle hverandre og sammen finne løsninger på de mange utfordringene. Prekliniske eksperimenter må gjennomføres på mus. Laboratoriene må dessuten skaleres opp for å håndtere store mengder med prøver. Da trenger vi et laboratorium for å øve på denne oppskaleringen, sa hun til Apollon rett før Forskningsrådet i slutten av september offentliggjorde hvem som skulle få de nye sentrene for fremragende forskning.

Etter at dette Apollon-intervjuet ble gjennomført, er Haapaniemi blitt en del av det nye senteret for fremragende forskning «Persontilpasset immunterapi». Senteret, som ledes av professorene Karl-Johan Malmberg og Johanna Olweus, skal videreutvikle behandlingsformen slik at den kan brukes til å kurere immunsviktsykdommer og visse former for kreft.

– Selv om vi i gruppen min forsker på sjeldne immunsviktsykdommer, kan teknologien vår også brukes til kreftbehandling. Poenget er at genmodifiserte immunceller også kan brukes til å angripe kreftceller.

Det nye senteret for fremragende forskning har fått økonomisk støtte i ti år.

– Vanligvis får vi støtte bare for tre år om gangen. Med de ti årene vi har fått nå, har vi langt mer forutsigbarhet i forskningen vår. Da er det mye lettere å beholde de flinkeste forskerne, poengterer Haapaniemi.