Biotechnologie
Yale onthult Cas12a‑gebaseerde doorbraak voor multi‑gen CRISPR‑bewerking
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
CRISPR’s potentieel uitbreiden
Sinds de ontdekking heeft CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), dat de Nobelprijs voor Scheikunde 2020 won, de geneeskunde en biotechnologie gerevolutioneerd.
Bron: Nobelprijs
Dit komt doordat CRISPR de eerste methode voor genbewerking is die zeer nauwkeurige targeting van een specifieke genetische sequentie mogelijk maakt, waardoor genetische fouten kunnen worden gecorrigeerd in vitro of in vivo zonder risico op ongewenste mutaties.
Dit is belangrijk omdat ongerichte geninvoeging in verband wordt gebracht met grote problemen, met name een verhoogd kankerrisico, waardoor therapeutisch gebruik moeilijk en controversieel is.
CRISPR kan op verschillende manieren worden gebruikt om een reeds aanwezig gen te onderbreken, een specifieke sequentie te verwijderen of de juiste genetische sequentie te bewerken/in te voegen.
Bron: CRISPR Therapeutics [securities_stock_price_tag symbol="CRSP" exchange="NASDAQ"]
Dit leidde tot een medische doorbraak met de FDA‑goedkeuring voor de eerste CRISPR‑gebaseerde therapie in 2023, ontwikkeld door CRISPR Therapeutics voor genetische bloedziekten (volg de link voor een speciaal rapport over CRISPR Therapeutics).
Echter, CRISPR‑therapieën en genetische engineering kunnen slechts één gen tegelijk wijzigen en zijn vaak moeilijk te ontwerpen.
Daarom zou er een nieuw tijdperk kunnen aanbreken voor CRISPR‑technologie, dankzij het werk van onderzoekers aan de Yale‑universiteit, die een nieuwe CRISPR‑methode hebben ontwikkeld die meerdere genen tegelijk kan wijzigen.
Het was een baanbrekende studie die een enorm team van onderzoekers samenbracht: niet minder dan 37 personen worden genoemd als auteurs van de studie1 gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering onder de titel “Cas12a‑knock‑in muizen voor multiplex‑genoomediting, ziekte‑modellering en immuuncel‑engineering”.
Dit kan helpen nieuwe ziekte‑ en behandelingsmodellen te genereren, zoals genetische ziekten in de lever, longkanker en huidkanker, en verder onderzoek op dit gebied versnellen.
De vele CRISPR‑systemen
Wanneer CRISPR wordt besproken, of het nu gaat om de oorspronkelijke Nobel‑prijswinnende ontdekking of de reeds door de FDA goedgekeurde therapieën, wordt er eigenlijk over CRISPR‑Cas9 gesproken.
Het “Cas”‑deel van het systeem is het eiwit dat verantwoordelijk is voor het knippen van de DNA‑streng en de genbewerking zelf uitvoert, geleid door een RNA‑streng. Er worden veel andere Cas‑eiwitten bestudeerd, en er zullen waarschijnlijk nog veel meer ontdekt worden.
Bron: YourGenome
Op de lange termijn zou het zelfs gangbaar kunnen worden voor onderzoekers om zelf aangepaste Cas‑systemen te ontwerpen, met name via “OpenCRISPR‑1”, een open‑source AI die is gemaakt om een aangepast CRISPR‑systeem voor specifieke situaties te ontwerpen. Een computersimulatie genaamd CREME (Cis‑Regulatory Element Model Explanations) zou ook kunnen helpen beter te begrijpen hoe CRISPR‑systemen geoptimaliseerd kunnen worden.
Onder deze verschillende CRISPR‑systemen buiten CRISPR‑Cas9 is geen enkel zo intensief bestudeerd en zo dicht bij praktische toepassing als Cas12a.
CRISPR‑Cas12a
Aangezien we er voor het eerst over spraken in 2023 is er veel vooruitgang geboekt met Cas12a‑technologie.
CRISPR‑Cas12a is een ander systeem dan Cas9 op een paar punten:
- Het biedt alternatieve knippunten ten opzichte van wat Cas9 kan.
- Problemen die met Cas9 moeilijk op te lossen zijn, kunnen met Cas12a werkbaar worden.
- Het knipt DNA op een manier die een “plakkerig” stuk DNA achterlaat in plaats van de “blote” knip van Cas9 en kan meerdere keren knippen.
- Dit resulteert in een hogere kans op succesvolle genbewerking.
- Er is geen trans‑activerende crRNA (tracrRNA) nodig voor Cas12a, in tegenstelling tot Cas9. Door de kleinere omvang zou het multiplex‑genoomediting vergemakkelijken.
- Meer dan één gen kan tegelijk worden gemodificeerd met Cas12a.
Bron: Wikipedia
Het is dit recente kenmerk van Cas12a dat de meeste belangstelling bij biologen heeft gewekt, aangezien veel ziekten of genetische engineering meerdere genbewerkingen, inserties en/of deleties vereisen.
Hoewel het theoretisch haalbaar (zij het duur) is om een reeks CRISPR‑Cas9‑genbewerkingen uit te voeren, bijvoorbeeld bij het maken van een nieuw maïs‑ras, is het geen levensvatbare optie voor multigen‑ziekten.
Tegelijkertijd wordt steeds duidelijker dat CRISPR potentieel heeft dat ver verder reikt dan het genezen van zeldzame genetische aandoeningen, met neurologie, oncologie en metabole problemen als de meest waarschijnlijke gebieden om het leven van tientallen miljoenen mensen te verbeteren of te redden.
Bron: ARK Invest
Het probleem is dat voor de meeste therapieën die niet gericht zijn op genetische ziekten, het beheren van meerdere genbewerkingen in vivo een absolute vereiste zal zijn.
Yale’s Cas12a‑studie
Diverse doelen
Voordat multi‑gen bewerking bij mensen wordt uitgevoerd, moeten we eerst beter begrijpen wat een zo ingrijpende interventie met zich meebrengt voor het genoom.
De Yale‑onderzoekers gebruikten laboratoriummuizen om immuuncellen genetisch te bewerken, waaronder CD4+‑ en CD8+‑T‑cellen, B‑cellen en van het beenmerg afgeleide dendritische cellen. Ze wijzigden ook kankergeassocieerde genen en leverweefsel in‑vivo.
Het CRISPR‑genbewerkingsmateriaal werd naar elk doelwit afgeleverd met retrovirussen, adeno‑geassocieerde virussen en lipide‑nanodeeltjes, respectievelijk.
Om de mogelijkheden van de methode uit te breiden, gebruikten ze ook twee varianten van Cas12a.
Efficiëntie controleren
Eerst koppelden de onderzoekers de mutatie aan een fluorescerend eiwit om te controleren of deze correct werd uitgevoerd.
Vervolgens bekeken ze hoe de efficiëntie van genbewerking varieerde afhankelijk van de getargete organen. Het bleek dat lever, hersenen, nieren en longen tot de gemakkelijkste organen behoorden om een hoog niveau van in‑vivo genbewerking te bereiken.
Dit levert zeer veelbelovende resultaten op, aangezien deze organen de belangrijkste medische doelen van toekomstige CRISPR‑therapieën vertegenwoordigen.
Praktisch potentieel
Nadat het concept als veelbelovend was aangetoond, testten de onderzoekers toepassingen voor het wijzigen van immuuncellen en kankercellen.
Voor immuuncellen was de transformatiesnelheid – de metriek die meet hoeveel van de totale blootgestelde cellen genetisch gemodificeerd zijn – opmerkelijk hoog, tot 90‑100%.
Een ander opmerkelijk resultaat, en een absolute vereiste voor elke potentiële toepassing van in‑vivo therapieën, is een zeer hoge mate van on‑target mutatie. Dit betekent dat alleen het beoogde gen wordt gemodificeerd en dat er zeer weinig off‑target bewerkingen plaatsvinden.
DAKO
Door de mogelijkheden van CRISPR‑Cas12a nog verder te pushen, ontwikkelden de onderzoekers een nieuw dual‑gene activatie‑ en knockout‑systeem (DAKO).
Dit betekent dat één enkele behandeling later zowel de activatie van één gen als de onderdrukking van een ander gen tegelijk kan produceren.
Dit is een belangrijke stap voor het modificeren van cellen met complexe biochemische mechanismen, bijvoorbeeld wanneer één eiwit een mechanisme activeert en een ander het onderdrukt. Door DAKO‑genbewerking uit te voeren, wordt het mogelijk zowel de gewenste activiteit boven normaal niveau te verhogen als het systeem dat dit effect zou remmen te verwijderen.
Aangezien ongewenste of slecht beheerde retrocontroles vaak een belangrijke reden zijn waarom genbewerking niet naar verwachting presteert, zou dit DAKO‑systeem een revolutie kunnen betekenen, vooral in oncologie, neurologie en metabole behandelingen.
Diermodellen
Dit nieuwe genbewerkingssysteem met Cas12a kan net zo precies zijn als Cas9, maar kan meerdere bewerkingen tegelijk uitvoeren, en die bewerkingen kunnen zowel activatie als onderdrukking van genen omvatten.
Dit maakt het een perfect systeem om een nieuw biologisch model te creëren waarop biologen hun hypothesen kunnen testen.
Dergelijke diermodellen zijn zeer belangrijk om potentiële behandelingen te testen of om complexe ziekten beter te begrijpen. Zelfs als er nooit een therapie met Cas12a op de markt komt, betekent dit alleen al dat deze CRISPR‑variant een grote impact zal hebben op toekomstig biotechnologisch onderzoek.
Verder gaan
Aangezien in de studie is aangetoond dat de intensiteit van genbewerking sterk kan variëren afhankelijk van het orgaan, is het waarschijnlijk dat verdere verbeteringen kunnen worden bereikt.
Een cruciaal element zal waarschijnlijk het testen van nieuwe vectoren voor het genbewerkingssysteem zijn, hetzij andere virussen of andere lipide‑nanocapsules. Met name betere vectoren voor de organen die het minst worden beïnvloed, zullen nodig zijn voor specifieke studies of ziekten.
Op de lange termijn is het zeer waarschijnlijk dat genbewerkings‑therapieën voor complexe ziekten zoals kanker en neurologische aandoeningen een systeem zullen gebruiken dat meer lijkt op dit Cas12a‑systeem dan op de “traditionele” mono‑gen Cas9.
Cas12a‑bedrijf
Editas
EDIT Prijsgrafiek
Editas werd opgericht door CRISPR‑Cas9‑co‑ontdekker Jennifer Doudna. Editas begon met Cas9, maar richt zich nu op een propriëtaire versie van Cas12a die zij hebben ontwikkeld: AsCas12a.
U kunt meer lezen over de unieke eigenschappen van Cas12a in ons speciale artikel “Wat is CRISPR‑Cas12a2? & Waarom is het belangrijk?”.
Bron: Editas
U kunt ook een overzicht lezen van al Jennifer Doudna’s bedrijven in het bijbehorende artikel “Top Jennifer Doudna‑bedrijven om in de gaten te houden.”
Editas richt zich op sikkelcelziekte (SCD) en bèta‑thalassemie, twee ziekten waarbij het de race voor de eerste goedkeuring verloor aan concurrenten CRISPR Therapeutics en BlueBirdBio.
Over het algemeen is het SCD‑programma (recentelijk hernoemd tot reni‑cell) meerdere keren uitgesteld, wat zorgen bij investeerders heeft gewekt, en is sindsdien heroriënteerd op in‑vivo therapie om zich te onderscheiden van reeds goedgekeurde SCD‑therapieën.
Desondanks bezit Editas significante patenten op CRISPR‑Cas12, die door onderzoekers aan de University of New South Wales, Australië, zijn gebruikt om een COVID‑19 striptest te ontwikkelen, wat de technologische potentie buiten genbewerking illustreert.
Editas ondertekende in 2023 een deal van $50 M met Vertex om Editas’ Cas9‑IP te gebruiken.
Editas richt zich op andere CRISPR‑varianten dan de “klassieke” CRISPR‑Cas9 en haar onderzoeks‑IP kan van pas komen bij het aangaan van partnerschappen en het genereren van inkomsten zonder een door de FDA goedgekeurd product, bovenop een cash‑runway die zich uitstrekt tot 2026.
Aangezien Cas12a steeds meer wordt bewezen als een best‑in‑class‑methode voor multi‑gen bewerking, zou de expertise en pipeline‑focus van Editas op deze CRISPR‑variant op de lange termijn een winnende zet kunnen blijken.
(U kunt meer lezen over CRISPR bedrijven in ons bijbehorende artikel “Top 5 CRISPR‑bedrijven om in te investeren”.)
Laatste nieuws over Editas
Gerefereerde studies:
1. Tang, K., Zhou, L., Tian, X. et al. Cas12a‑knock‑in muizen voor multiplex‑genoomediting, ziekte‑modellering en immuuncel‑engineering. Nat. Biomed. Eng (2025). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01371-2
