Biotecnologia
Yale svela una scoperta basata su Cas12a per l’editing CRISPR multi-genico
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Espandere il potenziale di CRISPR
CRISPR ha trasformato la ricerca biotecnologica. Lo sviluppo dell’editing genomico è stato premiato con il Nobel per la Chimica 2020.
Fonte: Premio Nobel
CRISPR consente di indirizzare modifiche verso sequenze specifiche del DNA, in vitro o in vivo. Non elimina però il rischio di mutazioni indesiderate: la FDA richiede di valutare gli effetti fuori bersaglio e le conseguenze inattese anche nel sito previsto.
La precisione è essenziale perché l’inserimento non controllato di materiale genetico può alterare il funzionamento delle cellule e comportare rischi, tra cui quello oncologico. Ogni possibile terapia richiede quindi verifiche di sicurezza specifiche.
CRISPR può essere utilizzato per inattivare un gene, eliminare una sequenza oppure modificare o inserire materiale genetico.
Fonte: CRISPR Therapeutics
Una svolta clinica è arrivata con la prima approvazione FDA di una terapia basata su CRISPR nel 2023, sviluppata da Vertex e CRISPR Therapeutics per una malattia ereditaria del sangue.
L’editing di più geni non nasce con questo studio: sistemi CRISPR-Cas9 multiplex erano già stati dimostrati nel 2013. Progettarli e portarli nelle cellule giuste rimane tuttavia complesso.
Il contributo dei ricercatori di Yale consiste in un nuovo insieme di strumenti Cas12a per topi e cellule, utile a studiare più modifiche genetiche contemporaneamente. Non è una dimostrazione di efficacia terapeutica nell’uomo.
Lo studio1, pubblicato su Nature Biomedical Engineering, si intitola “Cas12a-knock-in mice for multiplexed genome editing, disease modelling and immune-cell engineering”.
Questi strumenti possono facilitare la creazione di modelli di malattie epatiche e tumori, accelerando la ricerca sui meccanismi biologici e sui possibili trattamenti.
I numerosi sistemi CRISPR
Il sistema CRISPR-Cas9 è al centro della scoperta premiata con il Nobel e della prima terapia CRISPR approvata dalla FDA.
Le proteine Cas sono componenti del sistema che possono tagliare il DNA sotto la guida di un RNA. Esistono diverse famiglie di proteine Cas, con proprietà e applicazioni differenti.
Fonte: YourGenome
In futuro potrebbe diventare più comune progettare sistemi Cas su misura. Un esempio è OpenCRISPR-1, sviluppato con l’aiuto dell’intelligenza artificiale. Anche strumenti computazionali come CREME possono aiutare a studiare la regolazione genica.
Cas12a è una delle alternative a Cas9 più studiate. La scelta tra questi sistemi dipende dal bersaglio, dal tipo cellulare e dall’obiettivo sperimentale: nessuno è automaticamente superiore in ogni situazione.
CRISPR-Cas12a
La ricerca su Cas12a continua a esplorare nuove applicazioni e strumenti.
CRISPR-Cas12a differisce da Cas9 per diversi aspetti:
- Riconosce sequenze adiacenti al bersaglio diverse da quelle richieste da Cas9, ampliando i siti accessibili.
- Produce generalmente tagli sfalsati del DNA, con estremità sporgenti, invece del tipico taglio a estremità piatte di Cas9.
- Non richiede un RNA tracrRNA separato. La gestione di più RNA guida può agevolare alcuni progetti di editing multiplex.
- Queste proprietà possono essere utili, ma l’efficienza dipende dal contesto sperimentale.
Fonte: Wikipedia
La possibilità di coordinare più modifiche interessa i biologi perché molte domande sperimentali riguardano l’interazione tra diversi geni.
Anche Cas9 può essere impiegato nell’editing multiplex. La difficoltà di intervenire su malattie complesse dipende soprattutto dalla scelta dei bersagli, dalla somministrazione e dalla sicurezza, non da un’incapacità assoluta di Cas9 di modificare più geni.
Le applicazioni sperimentali di CRISPR comprendono oncologia, neurologia e malattie metaboliche, oltre alle patologie ereditarie rare. Il potenziale di ricerca non equivale però a un beneficio clinico già dimostrato.
Fonte: ARK Invest
Alcune strategie potrebbero richiedere modifiche multiple; altre possono agire su un singolo bersaglio. L’editing multiplex in vivo non è un requisito universale per trattare malattie non ereditarie.
Studio Cas12a di Yale
Obiettivi Diversi
Prima di applicare nuovi sistemi multigenici nell’uomo occorre comprenderne gli effetti sul genoma, la distribuzione nei tessuti e i rischi.
I ricercatori hanno utilizzato topi di laboratorio e cellule immunitarie, tra cui linfociti T CD4+ e CD8+, linfociti B e cellule dendritiche derivate dal midollo osseo. Hanno inoltre studiato bersagli tumorali e tessuti epatici in vivo.
Negli esperimenti sono stati impiegati diversi sistemi di trasporto, tra cui vettori retrovirali, virus adeno-associati e nanoparticelle lipidiche.
Per ampliare le possibilità sperimentali, il gruppo ha utilizzato due varianti di Cas12a.
Verifica dell’Efficienza
I ricercatori hanno utilizzato segnali fluorescenti per monitorare l’attività del sistema e verificare le modifiche ottenute.
Hanno quindi confrontato l’attività nei diversi organi, osservando che l’efficienza variava a seconda del tessuto e della modalità di somministrazione.
Queste differenze sono rilevanti per progettare futuri esperimenti: una buona prestazione in un tessuto non garantisce lo stesso risultato negli altri.
Potenziale Pratico
Dopo le prime verifiche, il gruppo ha sperimentato applicazioni nelle cellule immunitarie e nei modelli tumorali.
In alcune condizioni sperimentali, l’efficienza nelle cellule immunitarie ha raggiunto valori prossimi al 90–100%. Si tratta di risultati ottenuti nei sistemi studiati, non di un tasso di successo terapeutico nell’uomo.
Un altro aspetto importante è la specificità per il bersaglio previsto. Un’elevata attività sul bersaglio non dimostra da sola l’assenza di effetti indesiderati: servono analisi dedicate degli eventi fuori bersaglio e delle alterazioni genomiche.
DAKO
Il gruppo ha inoltre sviluppato un sistema denominato DAKO, che combina attivazione genica e inattivazione, o knockout.
Questo approccio permette di aumentare l’attività di un gene e ridurre quella di un altro nello stesso sistema sperimentale.
La combinazione è utile per studiare circuiti cellulari in cui una proteina stimola una funzione e un’altra la inibisce. Consente quindi di analizzare insieme segnali che normalmente interagiscono.
I meccanismi di retroazione possono influenzare il risultato dell’editing. DAKO offre uno strumento per studiarli, ma le possibili applicazioni terapeutiche richiedono ulteriori verifiche.
Modelli Animali
Il sistema Cas12a descritto nello studio consente interventi su più bersagli e, con DAKO, combina attivazione e soppressione genica.
Questo lo rende utile per costruire modelli biologici con cui mettere alla prova ipotesi sulle interazioni tra geni.
Gli autori descrivono questi topi come strumenti per studiare bersagli genetici in vivo, modelli tumorali e cellule immunitarie, anche attraverso screening su più geni. Queste sono applicazioni di ricerca preclinica.
I modelli animali aiutano a comprendere le malattie e a valutare possibili trattamenti prima della sperimentazione clinica. Il loro valore scientifico non dipende dall’approvazione immediata di una terapia.
Andare Oltre
Poiché l’attività varia tra organi e condizioni sperimentali, rimane spazio per migliorare il sistema.
Una priorità è ottimizzare i vettori e le nanoparticelle che trasportano i componenti dell’editing, soprattutto per i tessuti più difficili da raggiungere.
Non è ancora possibile stabilire quale sistema CRISPR sarà preferibile per ogni malattia complessa. Saranno necessari confronti diretti e dati di sicurezza ed efficacia.
Azienda Cas12a
Editas
EDIT Grafico dei prezzi
Editas è stata fondata dalla co-scopritrice di CRISPR-Cas9 Jennifer Doudna. Editas ha iniziato a lavorare con Cas9 ma ora si concentra su una versione proprietaria di Cas12a che hanno ingegnerizzato: AsCas12a.
Per approfondire una variante distinta della famiglia Cas12, si può leggere “Che cos’è CRISPR-Cas12a2 e perché è importante?”.
Fonte: Editas
Una panoramica delle imprese legate al lavoro di Jennifer Doudna è disponibile nell’articolo “Le aziende di Jennifer Doudna da seguire”.
Editas si concentra sulla Malattia Falciforme (SCD) e sulla beta-talassemia, 2 malattie in cui ha perso la corsa per la prima approvazione di trattamento a favore dei concorrenti CRISPR Therapeutics e BlueBirdBio.
Nel complesso, il programma SCD (recentemente rinominato reni-cel) è stato ritardato più volte, suscitando preoccupazione tra gli investitori, e da allora è stato reindirizzato verso una terapia in vivo per distinguerla dalle terapie SCD già approvate.
Tuttavia, Editas possiede brevetti significativi su CRISPR-Cas12, che sono stati utilizzati da ricercatori dell’Università del New South Wales, Australia, per sviluppare un test rapido COVID-19, illustrando il potenziale della tecnologia oltre l’editing genico.
Editas ha anche firmato nel 2023 un accordo da 50 milioni di dollari con Vertex per l’uso della proprietà intellettuale Cas9 di Editas.
La proprietà intellettuale di Editas può contribuire ad accordi di licenza e collaborazioni. La sua situazione finanziaria e i programmi clinici devono essere valutati sulla base delle comunicazioni societarie aggiornate, non delle sole prospettive della tecnologia.
L’esperienza su Cas12a può rappresentare una risorsa per Editas, ma i risultati di uno studio accademico non dimostrano il successo dei suoi farmaci né il rendimento futuro delle sue azioni.
Per una panoramica del settore, si può consultare l’articolo sulle aziende che sviluppano tecnologie CRISPR.
Ultime novità su Editas
Studi citati:
1. Tang, K., Zhou, L., Tian, X. et al. Cas12a-knock-in mice for multiplexed genome editing, disease modelling and immune-cell engineering. Nat. Biomed. Eng (2025). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01371-2
