Next-Gen CRISPR verhoogt nauwkeurigheid in gentherapie

Genbewerking nauwkeuriger maken

Tot voor kort waren genetische modificaties vrij grof: er werd willekeurig een nieuwe genetische sequentie in het doelorganisme ingevoegd.

De methode van inbrengen was bovendien zeer destructief. Daardoor werden alleen bacteriën en planten routinematig genetisch gemodificeerd, en was genbewerking bij organismen zoals zoogdieren (inclusief mensen) complex, duur en traag.

Dit is gedeeltelijk veranderd met de CRISPR-technologie, die plotseling de weg heeft geopend voor nauwkeurige en gecontroleerde genbewerking, wat resulteerde in de goedkeuring van de eerste gentherapie voor menselijke genetische ziekten eind 2023.

CRISPR is echter nog niet perfect en kan soms leiden tot ongewenste genetische modificaties.

Dit zou zomaar kunnen veranderen dankzij een baanbrekende ontdekking van drie MIT-onderzoekers.

Ze kondigden een nieuwe methode aan die de betrouwbaarheid van genbewerking drastisch verbetert, waardoor de weg wordt geopend voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën.

Ze publiceerden hun resultaten in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Nature¹, onder de titel "Ontworpen prime-editors met minimale genomische fouten'.

Van standaard CRISPR naar prime-bewerking

Sinds de goedkeuring van de eerste CRISPR-Cas9-gebaseerde therapieën is het idee om het genoom van patiënten betrouwbaar te bewerken en te genezen geen sciencefiction meer. CRISPR-technologie verandert het beoogde gen echter niet altijd zoals de wetenschappers dat willen.

Het CRISPR-systeem bestaat uit een enzym genaamd Cas9 dat dubbelstrengs DNA op een specifieke plek kan knippen, samen met een gids-RNA dat Cas9 vertelt waar het moet knippen.

Onderzoekers hebben deze aanpak aangepast om defecte gensequenties te verwijderen of nieuwe in te voegen, aan de hand van een RNA-sjabloon.

Sinds 2019 hebben onderzoekers van MIT een nieuw concept gepubliceerd, genaamd prime editing, dat nauwkeuriger is dan reguliere CRISPR-Cas9-genbewerking. Hierdoor heeft het minder off-target-effecten en is de kans kleiner dat het extra gezondheidsproblemen veroorzaakt bij vaak toch al zwakke patiënten.

Bij prime editing wordt gebruikgemaakt van een gemodificeerde Cas9 die is gefuseerd met een reverse transcriptase-enzym. Hierdoor kan het alle mogelijke genetische basiswijzigingen uitvoeren, evenals kleine inserties en deleties van genetische sequenties.

Verwacht wordt dat prime editing op de lange termijn de verbeterde en betrouwbaardere versie van CRISPR-gebaseerde genbewerking zal worden.

Bron: Benjamin McLeod

Zo werden prime editors in 2025 met succes ingezet bij de behandeling van een patiënt met chronische granulomateuze ziekte (CGD), een zeldzame genetische ziekte die witte bloedcellen aantast.

“In principe zou deze technologie uiteindelijk gebruikt kunnen worden om honderden genetische ziekten aan te pakken door kleine mutaties direct in cellen en weefsels te corrigeren.”

Vikash Chauhan - Het Koch Instituut voor Integratief Kankeronderzoek van MIT

Maar er was nog wel wat verbetering nodig voordat het bruikbaar was in menselijke cellen en lichamen.

Hoe Prime Editing de nauwkeurigheid van DNA-insertie verbetert

Bij prime editing wordt slechts één van de complementaire strengen van de doel-DNA-sequentie doorgeknipt, waardoor er een klepje ontstaat waar een nieuwe sequentie kan worden ingevoegd.

Zodra de nieuwe sequentie gekopieerd is, moet deze concurreren met de oude DNA-streng om in het genoom te worden opgenomen.

Als de oude streng de nieuwe verdringt, kan het extra stukje nieuw gevormd DNA dat eraan hangt, per ongeluk ergens anders terechtkomen, waardoor fouten kunnen ontstaan.

Zulke fouten kunnen uiteindelijk kanker veroorzaken, omdat ze zichzelf willekeurig in het genoom nestelen. Dat is een duidelijk risico dat moet worden verkleind.

Met de meest recente versie van de hoofdeditors varieert dit foutpercentage van één per zeven bewerkingen tot één per 121 bewerkingen voor de verschillende bewerkingsmodi, wat nog steeds te hoog is.

"De technologieën die we nu hebben, zijn echt veel beter dan eerdere gentherapie-instrumenten, maar er is altijd een kans op dit soort onbedoelde gevolgen,"

Vikash Chauhan - Het Koch Instituut voor Integratief Kankeronderzoek van MIT

Grote sprong voorwaarts in de betrouwbaarheid van Prime Editing

In 2023 ontdekten de onderzoekers van MIT dat sommige gemuteerde versies van het Cas9-eiwit dat bij prime editing wordt gebruikt, soms één of twee basen verder in de DNA-sequentie knippen, in plaats van altijd op dezelfde plek.

Hierdoor werden de oude DNA-strengen minder stabiel en werden ze afgebroken. Hierdoor konden de nieuwe strengen gemakkelijker worden ingebouwd, zonder dat er fouten ontstonden.

In deze nieuwe studie uit 2025 hebben de onderzoekers meerdere Cas9-mutaties geïdentificeerd die de foutmarge terugbrachten tot 1/20e van de oorspronkelijke waarde.

Toen ze deze mutaties kunstmatig combineerden in één Cas9-eiwit, daalde de foutmarge tot 1/36e van de oorspronkelijke hoeveelheid.

"In dit artikel wordt een nieuwe aanpak voor genbewerking beschreven die het afgiftesysteem niet compliceert en geen extra stappen toevoegt, maar resulteert in een veel nauwkeurigere bewerking met minder ongewenste mutaties."

Filip Scherp - Het Koch Instituut voor Integratief Kankeronderzoek van MIT

Ze waren daar nog niet tevreden mee en gebruikten ook een prime-bewerkingssysteem dat een RNA-bindend eiwit bevat dat de uiteinden van het RNA-sjabloon efficiënter stabiliseert.

De uiteindelijke versie van hun genbewerkingstoolkit, vPE genaamd, had een foutpercentage van slechts 1/60e van het origineel, of slechts 101-543 bewerkingen, afhankelijk van de gebruikte bewerkingsmodus.
Veeg om te scrollen →

De volgende stappen

Een andere hindernis bij genbewerking was altijd het afleveren van de genbewerkende eiwitten en het DNA/RNA in de kern van de doelcellen, of het alleen richten op specifieke weefsels in het lichaam.

Dit zal dus de volgende focus van de onderzoekers zijn, vooral omdat primaire bewerkingstechnieken worden beperkt door slechte levering in vergelijking met kleinere en eenvoudigere 'traditionele' CRISPR-Cas9-systemen.

Ze denken ook dat deze tool de vooruitgang in de biotechnologie als geheel kan versnellen, niet alleen voor genbewerkingstherapieën.

Ten eerste zouden de techniek en de ontdekking dat modificatie van het Cas9-eiwit de betrouwbaarheid ervan kan verbeteren, kunnen worden toegepast op alle CRISPR-gebaseerde genbewerkingstechnologieën, niet alleen op prime editing.

Ten tweede zou dit een krachtige impuls kunnen geven aan andere onderzoeksprojecten die gen- en genoombewerking als onderzoeksinstrument gebruiken. Bijvoorbeeld door antwoorden te vinden op de vraag hoe weefsels zich ontwikkelen, hoe populaties kankercellen evolueren en hoe cellen reageren op medicijnen.

“Genoom-editors worden veelvuldig gebruikt in onderzoekslaboratoria.

Het therapeutische aspect is dus spannend, maar we zijn vooral benieuwd hoe mensen onze redacteuren gaan integreren in hun onderzoeksworkflows.”

Vikash Chauhan - Het Koch Instituut voor Integratief Kankeronderzoek van MIT

Ten slotte zijn de mutaties die de betrouwbaarheid van Cas9 verbeteren mogelijk niet allemaal in deze studie gevonden. Verdere analyse en optimalisatie van dit nieuwe concept zou in de toekomst dus nog betere resultaten kunnen opleveren.

Investeren in genbewerking

Illumina

Hoewel de andere -omics in multiomics (proteomics, transcriptomics, etc.) zijn belangrijk, bijna allemaal zijn ze op de een of andere manier gerelateerd aan genomica, de belangrijkste 'handleiding' van elke levende cel.

En verreweg de grootste producent van genoomsequencingmachines is Illumina. Het bedrijf richt zich op het lezen van korte genetische sequenties, de techniek die wordt gebruikt voor kankerdetectie. Momenteel heeft het meer dan 22,000 sequencers geïnstalleerd in 165 landen.

Ongeveer de helft van de verbruiksartikelen voor sequencingmachines van Illumina wordt gebruikt in klinische toepassingen, de andere helft in openbare en particuliere onderzoekslaboratoria. De helft van de vraag naar klinische toepassingen komt uit de oncologie.

Bron: Illumina

Nu genomica en multiomica steeds belangrijker worden in het proces van medicijnontdekking en in kankerdiagnostiek, wordt verwacht dat er veel vraag zal zijn naar de apparatuur van Illumina.

Het bedrijf verwacht dat de vraag naar NGS (Next Generation Sequencing) met 18% CAGR zal groeien voor klinische toepassingen en met 6% CAGR voor onderzoek. Hierdoor zal de totale beschikbare markt (TAM) van de sector stijgen van $ 100 miljard voor klinische toepassingen naar $ 25 miljard voor onderzoek in 2033.

Bron: Illumina

Illumina had een ingewikkelde geschiedenis met het vloeibare biopsiebedrijf Grail (GRAL -0.36%), dat oorspronkelijk voortkwam uit Illumina, later werd teruggekocht en nu door de mededingingsautoriteiten in de VS en de EU weer tot een spin-off wordt gedwongen.

Nu deze problemen achter de rug zijn, zou Illumina zijn langetermijngroei kunnen hervatten en de aandelenkoers kunnen stijgen. Dit komt vooral doordat de vloeibare biopsietests van Grail waarschijnlijk nog steeds afhankelijk zullen zijn van Illumina-sequencers.

Ondertussen zullen meer gentherapieën ook het gebruik van Illumina's sequencers in zowel onderzoeks- als klinische settings doen toenemen.

(Je kunt ook lezen een meer gedetailleerde analyse van Illumina's bedrijf, toekomstige technologieën en geschiedenis in het speciale investeringsrapport.)

Laatste Illumina (ILMN) aandelennieuws en -ontwikkeling

Studie waarnaar wordt verwezen

^{1. Chauhan, VP, Sharp, PA & Langer, R. Ontworpen prime-editors met minimale genomische fouten. NATUUR (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09537-3}