Modifica genetica su larga scala: una clinica alla ricerca di terapie generalizzabili / Gene Editing at Scale: Clinic Seeks Generalizable Therapies
Modifica genetica su larga scala: una clinica alla ricerca di terapie generalizzabili / Gene Editing at Scale: Clinic Seeks Generalizable Therapies
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Uno scienziato esamina i dati di imaging cerebrale di un topo utilizzando la microscopia avanzata presso il centro di ricerca e sviluppo di ElevateBio a Durham, nella Carolina del Nord. La piattaforma di editing genetico dell'azienda include la modifica epigenetica e l'inserimento mirato di geni. / A scientist reviews murine brain imaging data using advanced microscopy in ElevateBio’s R&D facility in Durham, North Carolina. The company’s gene editing platform includes epigenetic editing and targeted gene insertion
Organizzazioni complete e progressi normativi mirano ad estendere la modifica genetica a vaste popolazioni di pazienti.
Ajay Gannerkote, presidente di Integrated DNA Technologies (IDT), afferma che l'aspetto più entusiasmante di CRISPR è il suo potenziale di spostare la medicina dalla gestione della malattia alla correzione diretta della sua causa principale. "Per i pazienti affetti da gravi patologie genetiche, soprattutto per coloro per i quali non esistono opzioni terapeutiche, questo rappresenta un cambiamento fondamentale in ciò che è possibile fare", ha dichiarato.
IDT ha svolto un ruolo fondamentale nella produzione della terapia personalizzata di editing genetico somministrata al piccolo KJ Muldoon per curare la sua rara malattia metabolica. Oggi, KJ è libero dall'accumulo tossico di ammoniaca che causa un tasso di mortalità del 50% nella sua condizione durante l'infanzia. Mentre la sua storia evidenzia il potenziale rivoluzionario dell'editing genetico, il settore si trova ora ad affrontare la prossima sfida: estendere queste terapie a beneficio di una popolazione di pazienti più ampia.
A differenza del disturbo del ciclo dell'urea di KJ, derivante da una singola mutazione patogena che poteva essere mirata con precisione, molte malattie genetiche derivano da numerose mutazioni sparse lungo un gene, dove le correzioni individualizzate richiedono troppe risorse per essere applicate su larga scala.
Secondo Gannerkote, trasformare i potenti strumenti di editing genetico in terapie cliniche ampiamente accessibili richiede progressi su più fronti. Molte terapie CRISPR sono ancora personalizzate, con processi di produzione non ancora standardizzati o facilmente replicabili, il che comporta tempi lunghi e costi elevati. Sul fronte normativo, gli sviluppatori di terapie e gli enti regolatori governativi si trovano ad affrontare una curva di apprendimento nella valutazione di nuove modalità, soprattutto quando la velocità è fondamentale per i pazienti affetti da patologie potenzialmente letali.
Le aziende che oggi si occupano di editing genetico riflettono su ciò che è necessario per scalare le terapie CRISPR personalizzate e massimizzarne l'impatto in ambito clinico.
Da un capo all'altro
Sadik Kassim, PhD, CTO di Genomic Medicines presso Danaher, spiega che le terapie personalizzate non si prestano naturalmente ai modelli tradizionali di sviluppo dei farmaci. Le aziende di editing genetico stanno ora cercando la "platformizzazione", in cui i processi di produzione comuni vengono standardizzati e gli elementi limitati, come gli RNA guida, vengono personalizzati per ogni paziente al fine di ridurre i costi ed accelerare i tempi.
"Il trattamento del piccolo KJ ha avuto successo perché diversi elementi si sono allineati simultaneamente", ha spiegato Kassim. La ricerca di base, che ha permesso di ottenere correzioni genetiche efficaci in modelli animali di fenilchetonuria (PKU), una malattia metabolica ereditaria causata da mutazioni nel gene PAH che compromettono l'enzima responsabile della degradazione della fenilalanina, era già stata sviluppata nei laboratori accademici diretti dai medici-ricercatori del Children's Hospital of Philadelphia (CHOP), Rebecca Ahrens-Nicklas, MD, PhD, e Kiran Musunuru, MD, PhD. I gruppi sono stati quindi in grado di agire rapidamente quando la necessità clinica è diventata evidente.
Anche il coinvolgimento degli enti regolatori è stato fondamentale. I gruppi di Danaher hanno lavorato direttamente con la FDA per snellire il processo di approvazione del trattamento senza compromettere la sicurezza dei pazienti. Tale collaborazione ha permesso di ridurre i tempi, che normalmente sarebbero stati di 18-24 mesi, a circa sei mesi.
"Replicare questo approccio per i pazienti futuri richiederà di abbandonare gli sforzi isolati e di orientarsi verso piattaforme ripetibili con processi consolidati, test validati e precedenti normativi più chiari, in modo che la velocità diventi la norma anziché l'eccezione", ha affermato Kassim.
Amy Pooler, PhD, CSO di ElevateBio, concorda sul fatto che le fasi di transizione tra la progettazione e la produzione delle terapie sono spesso quelle in cui si verificano i maggiori ritardi. ElevateBio si propone di affrontare questo collo di bottiglia costruendo una piattaforma completa per la medicina genetica.
"Per l'azienda è fondamentale garantire una visione chiara del processo produttivo fin dalle prime fasi", ha affermato Pooler. "Uno dei motivi per cui il caso del piccolo KJ ha avuto successo è che Danaher ha gestito le fasi di passaggio di consegne in modo impeccabile."
Pooler descrive lo sviluppo di farmaci genetici come "costruire l'aereo mentre lo si sta pilotando". Il settore manca ancora di dati sufficienti per prevedere in modo affidabile gli esiti clinici dei pazienti. Ogni risultato di uno studio clinico fornisce un insegnamento prezioso per il settore.
"Sono entusiasta delle prove cliniche che stanno iniziando ad accumularsi, le quali dimostrano che la modifica genetica può essere rivoluzionaria per i pazienti, cosa che non avevamo cinque o dieci anni fa", ha affermato.
Gene di grandi dimensioni, terapia generalizzabile
La crescente gamma di strumenti CRISPR di ElevateBio comprende la modifica di base, di prime ed epigenetica. In particolare, la piattaforma di intelligenza artificiale dell'azienda con sede a Durham genera nuove ricombinasi per l'inserimento mirato di geni, un approccio che si preannuncia come una medicina generalizzabile in grado di trattare i pazienti indipendentemente dalla mutazione genetica responsabile della loro malattia.
Grazie alla progettazione guidata dall'intelligenza artificiale, ElevateBio esplora regioni completamente nuove dello spazio proteico per scoprire ricombinasi potenti e altamente specifiche che ampliano la gamma di malattie trattabili con la modifica genetica. Questi enzimi ingegnerizzati, che presentano un'omologia pari od inferiore al 50% con proteine note, possono accedere a nuove regioni genomiche che rimangono difficili da raggiungere con le attuali tecnologie CRISPR.
Ben Kleinstiver, PhD, ricercatore associato presso il Massachusetts General Hospital (MGH) e coautore dello studio pubblicato sul NEJM che descrive il caso di KJ , afferma che il Plausible Mechanisms Pathway della FDA ha contribuito ad affrontare alcune delle sfide normative per semplificare il percorso verso la sperimentazione clinica. Tuttavia, rimane una forte motivazione per gli approcci pan-mutazionali, che vengono applicati più ampiamente ad una vasta gamma di pazienti.
Il gruppo di ricerca di Kleinstiver, in collaborazione con Full Circles Therapeutics, ha recentemente sviluppato un donatore di DNA circolare a singolo filamento (ssDNA) che consente un'integrazione su scala kilobase più sicura per le cellule umane. Questa tecnologia offre un'alternativa ai donatori di DNA a doppio filamento (dsDNA) che provocano risposte immunitarie dannose, pur essendo necessari per il riconoscimento da parte della vasta gamma di enzimi di editing genomico. In particolare, il nuovo donatore circolare mantiene la compatibilità con la ricombinasi grazie all'aggiunta di una breve regione di dsDNA che può passare inosservata al sensore di DNA citosolico e attivatore del sistema immunitario, cGAS.
Pazienti ora
Aurora, cofondata da Jennifer Doudna, PhD, premio Nobel per la ricerca CRISPR, e Fyodor Urnov, PhD, direttore della ricerca e sviluppo terapeutico presso l'Innovative Genomics Institute, è stata lanciata a gennaio con l'obiettivo di costruire una organizzazione sostenibile per ampliare la gamma di trattamenti per le malattie rare. Tradizionalmente, lo sviluppo di terapie per queste patologie ultra-rare o "N-of-1" può richiedere diversi milioni di dollari per un singolo paziente.
La fenilchetonuria (PKU) offre diversi vantaggi per lo sviluppo clinico precoce. I pazienti vengono regolarmente identificati attraverso programmi di screening neonatale poco dopo la nascita, il che facilita l'identificazione e l'arruolamento dei partecipanti agli studi clinici. La patologia beneficia inoltre di un chiaro precedente normativo: la riduzione dei livelli di fenilalanina è un obiettivo clinico consolidato utilizzato per far avanzare le terapie verso l'approvazione.
"Ciò che impariamo dalla PKU sarà utile per molte altre malattie, perché disponiamo già dei sistemi necessari", ha affermato Kaye. "Questo permette di estendere l'editing genetico a molti più pazienti, concentrandoci prima su una singola malattia."
Kaye sottolinea inoltre l'importanza del coinvolgimento delle comunità di pazienti, il cui contributo può garantire che gli studi e i processi normativi non siano eccessivamente gravosi per i pazienti e le loro famiglie.
Maher Masoud, CEO di MaxCyte, sottolinea l'importanza di mettere i pazienti al centro di tutto. Aggiunge che la maggior parte delle terapie di editing genetico attualmente in fase clinica richiede un significativo condizionamento del paziente, che può comportare cicli di trattamento e tempi di sperimentazione clinica piuttosto lunghi. Tuttavia, prevede che questi ostacoli alla diffusione su larga scala si ridurranno nel breve termine. Ad esempio, modalità come le terapie cellulari allogeniche richiedono un condizionamento del paziente molto minore e regimi di dosaggio più semplici, consentendo terapie più economiche.
Nel 2013, MaxCyte ha collaborato con CRISPR Therapeutics in una fase iniziale di ricerca che ha portato alla prima terapia basata su CRISPR-Cas9 approvata dalla FDA, Casgevy, grazie alla piattaforma di elettroporazione ExPERT di MaxCyte, che consente l'introduzione efficiente del macchinario per la modifica genetica nelle cellule.
A distanza di oltre un decennio, l'azienda ha sviluppato più di 1.000 applicazioni e protocolli. L'ampia piattaforma di ingegneria consente di modificare ripetutamente lotti di almeno 20 miliardi di cellule utilizzando CRISPR-Cas9, oltre alla modifica delle basi e dei prime.
"Grazie a CRISPR, stiamo finalmente assistendo a delle cure: Casgevy, LYFGENIA ed il piccolo KJ ne sono la prova", afferma. "Questo è solo l'inizio."
ENGLISH
End-to-end pipelines and regulatory advances aim to expand gene editing to broad patient populations
Ajay Gannerkote, president of Integrated DNA Technologies (IDT), says what’s most exciting about CRISPR is its potential to shift medicine from managing disease to directly correcting its root cause. “For patients with severe genetic conditions, especially those with no existing treatment options, that represents a fundamental change in what’s possible,” he said.
IDT played a pivotal role in manufacturing the personalized gene editing therapy given to baby KJ Muldoon to treat his rare metabolic disorder. Today, KJ is free from the toxic ammonia buildup that drives a 50% mortality rate for his condition in infancy. While his story highlights the life-changing potential of gene editing, the field now wrestles with the next challenge: expanding these therapies to benefit broader patient populations.
In contrast to KJ’s urea cycle disorder, which stemmed from a single disease-causing mutation that could be precisely targeted, many genetic disorders arise from numerous mutations scattered across a gene where individualized corrections are too resource-intensive to scale.
Gannerkote says turning powerful gene editing tools into broadly accessible clinical therapies requires progress across multiple fronts. Many CRISPR therapies are still bespoke, with manufacturing processes that are not yet standardized or easily repeatable, leading to long timelines and high costs. In regulation, therapy developers and government regulators face a learning curve when evaluating new modalities, particularly when speed is critical for patients with life-threatening conditions.
Today’s gene editing companies reflect on what’s required to scale personalized CRISPR therapies for maximized impact in the clinic.
End-to-end
Sadik Kassim, PhD, CTO of Genomic Medicines at Danaher, explains that personalized therapies do not naturally lend themselves to traditional drug-development models. Gene editing companies are now seeking “platformization,” where common manufacturing processes are standardized, and limited elements, such as guide RNAs, are customized for each patient to reduce costs and speed timelines.
“Baby KJ’s treatment succeeded because multiple elements aligned simultaneously,” explained Kassim. The foundational science, which achieved successful gene corrections in animal models of phenylketonuria (PKU), an inherited metabolic disorder caused by mutations in the PAH gene that impair the enzyme responsible for breaking down phenylalanine, had already been developed in the academic labs led by Children’s Hospital of Philadelphia (CHOP) physician scientists, Rebecca Ahrens-Nicklas, MD, PhD, and Kiran Musunuru, MD, PhD. Teams were then able to move quickly when the clinical need became clear.
Regulatory engagement was also critical. Danaher teams worked directly with the FDA to streamline the treatment approval process without compromising patient safety. That collaboration compressed a timeline that would normally take 18–24 months down to roughly six months.
“Replicating this for future patients will require moving away from one‑off efforts and toward repeatable platforms with established processes, validated assays, and clearer regulatory precedents, so that speed becomes the norm rather than the exception,” Kassim said.
Amy Pooler, PhD, CSO of ElevateBio, agrees that the transition steps between therapy design and manufacturing are often where the greatest delays occur. ElevateBio seeks to address this bottleneck by building an end-to-end genetic medicine platform.
A critical driver for the company is making sure we have a clear line of sight into manufacturing from the very beginning,” Pooler said. “One reason Baby KJ’s case was successful is that Danaher managed the handoffs smoothly.”
Pooler also describes developing genetic medicines as “building the plane while you’re flying it.” The field still lacks enough data to reliably predict patient outcomes. Every clinical trial readout provides a valuable lesson for the field.
“I’m excited about the clinical evidence that’s starting to accumulate, showing gene editing can be transformative for patients, which we didn’t have five to ten years ago,” she said.
Large gene, generalizable therapy
ElevateBio’s expanding CRISPR toolbox includes base, prime, and epigenetic editing. Notably, the Durham-based company’s AI platform generates novel recombinases for targeted gene insertion, an approach that holds promise as a generalizable medicine that could treat patients regardless of their underlying disease-causing mutation.
Using AI-guided design, ElevateBio explores entirely new regions of protein space to discover potent and highly specific recombinases that expand the range of diseases amenable to gene editing. These engineered enzymes, which possess 50% or less homology to known proteins, can access novel genomic regions that remain difficult to target with existing CRISPR technologies.
Ben Kleinstiver, PhD, associate investigator at Massachusetts General Hospital (MGH) and co-author of the NEJM study describing KJ’s case, says the FDA’s Plausible Mechanisms Pathway has helped address some of the regulatory challenges to streamline the path to the clinic. Yet, there remains a major motivation for pan-mutation approaches that are more widely applied across patients.
Kleinstiver’s research group, in collaboration with Full Circles Therapeutics, recently developed a circular single-stranded DNA donor (ssDNA) that enables safer kilobase-scale integration for human cells. The technology provides an alternative to double-stranded DNA (dsDNA) donors that evoke harmful immune responses yet are required for recognition by the diverse suite of genome editing enzymes. Notably, the new circular donor maintains recombinase compatibility by attaching a short region of dsDNA that can go undetected by the cytosolic DNA sensor and immune system activator, cGAS.
Patients now
While the gene editing field often concentrates on large indications driven by a single common mutation, Edward Kaye, MD, CEO and director of Aurora Therapeutics, aims to extend these technologies beyond the “lucky few” who share the same mutation.
Co-founded by Jennifer Doudna, PhD, CRISPR Nobel Laureate, and Fyodor Urnov, PhD, director of therapeutic R&D at the Innovative Genomics Institute, Aurora launched in January to build a sustainable pipeline to scale rare disease treatments. Traditionally, developing therapies for these ultra-rare or N-of-1 conditions can require several million dollars for a single patient.
Aurora is pursuing an “umbrella IND” strategy that allows multiple guide RNAs to be evaluated within a single clinical trial. The company’s initial focus is on PKU.
PKU offers several advantages for early clinical development. Patients are routinely identified through newborn screening programs shortly after birth, which facilitates trial participant identification and enrollment. The condition also benefits from a clear regulatory precedent: reductions in phenylalanine levels are an established clinical endpoint used to move therapies toward approval.
“What we learn from PKU will be used for many other diseases because we have the systems in place,” said Kaye. “It expands gene editing into many more patients, by going after one disease first.”
Kaye also stresses the importance of engaging patient communities, whose input can ensure studies and regulatory processes are not overly burdensome for patients and families.
Maher Masoud, CEO of MaxCyte, emphasizes putting patients at the forefront. He adds that most gene-editing therapies in the clinic require significant patient conditioning, which can lead to lengthy treatment cycles and clinical trial timelines. Yet he sees these barriers to scale being eroded over the near term. As an example, modalities, such as allogeneic cell therapies, require far less patient conditioning and easier dosing regimens to support cheaper therapies.
In 2013, MaxCyte partnered with CRISPR Therapeutics on early work that led to the first FDA-approved therapy based on CRISPR-Cas9, Casgevy, with MaxCyte’s ExPERT electroporation platform enabling the efficient delivery of gene editing machinery into cells.
More than a decade later, the company has developed more than 1,000 applications and protocols. The broad engineering platform can repeatedly engineer batches of at least 20 billion cells using CRISPR-Cas9 in addition to base and prime editing.
Masoud says low-significant gene editing commercial success has been a bottleneck to scaling personalized therapies. Yet, he reiterates that CRISPR and other gene editing technologies were discovered a short 12 years ago.
“With CRISPR, we are finally seeing cures, Casgevy, LYFGENIA, and baby KJ are proof of that,” he says. “This is just the beginning.”
Da:
https://www.genengnews.com/topics/genome-editing/gene-editing-at-scale-clinic-seeks-generalizable-therapies/?_hsenc=p2ANqtz-9HWqj9DOGna3-QhSWUmxpl9SSYvdm432lvv09W7Jb5OUEa7Aw10CdFRJmGyRbB3pcq8Vn8b9SAEhw-RfUF8p3QEf8fudv7e1P5iXwastXxsdlX0e0&_hsmi=421298726
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