Biotechnologie
Yale onthult Cas12a‑gebaseerde doorbraak voor bewerking van meerdere genen met CRISPR
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Het potentieel van CRISPR 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: Nobel Prize
CRISPR maakt gerichte wijzigingen in specifieke genetische sequenties mogelijk, maar het elimineert niet het risico op ongewenste mutaties. FDA-richtlijn vraagt om beoordeling van off‑target bewerkingen en andere onbedoelde genomische veranderingen.
Dit is belangrijk omdat ongerichte geninvoeging in verband wordt gebracht met grote problemen, met name kankerrisico’s, waardoor het 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.
Dit werd 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).
CRISPR is niet beperkt tot het bewerken van één gen tegelijk: multiplex Cas9‑bewerking werd in 2013 aangetoond. Het ontwerpen en leveren van betrouwbare multi‑gen interventies blijft echter een uitdaging.
De Yale‑studie voegt een Cas12a‑gebaseerde muismodule toe voor het bestuderen van meerdere genen tegelijk; het is niet de eerste multiplex CRISPR‑methode of een behandeling bij mensen.
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 multiplexgenoombewerking, ziektemodellering en immuuncel‑engineering”.
Het zou kunnen helpen bij het genereren van nieuwe ziekte‑ en behandelingsmodellen, zoals genetische leverziekten, longkanker en huidkanker, en verder onderzoek in het veld versnellen.
De vele CRISPR‑systemen
Wanneer CRISPR wordt besproken, hetzij in de oorspronkelijke Nobelprijs‑winnende ontdekking of de reeds door de FDA goedgekeurde therapieën, gaat het eigenlijk over CRISPR‑Cas9.
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 vele andere Cas‑eiwitten bestudeerd, en er zullen waarschijnlijk nog veel meer ontdekt worden.
Bron: YourGenome
Het zou zelfs op de lange termijn gangbaar kunnen worden voor onderzoekers om gewoon aangepaste Cas‑systemen te ontwerpen, met name met “OpenCRISPR‑1”, een open‑source AI ontwikkeld 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.
Cas12a is een ander uitgebreid onderzocht CRISPR‑systeem, met nuttige eigenschappen voor multiplexbewerking.
CRISPR‑Cas12a
Sinds we het voor het eerst bespraken in 2023, veel vooruitgang is geboekt op het gebied van Cas12a‑technologie.
CRISPR‑Cas12a is een ander systeem dan Cas9 in enkele opzichten:
- Biedt alternatieve knippunten ten opzichte van wat Cas9 kan doen.
- moeilijk‑op te lossen problemen met Cas9 kunnen werkbaar zijn met Cas12.
- 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 genbewerking.
- Er is geen behoefte aan een transactiverende crRNA (tracrRNA) voor Cas12a, in tegenstelling tot Cas9. Door de kleinere grootte zou het multiplexgenoombewerking vergemakkelijken.
- Meer dan één gen kan in één keer worden gemodificeerd met Cas12a.
Bron: Wikipedia
Het is dit nieuwste kenmerk van Cas12a dat de meeste interesse bij biologen heeft gewekt, aangezien veel ziektes of genetische engineering meerdere genbewerking, -invoeging en/of -verwijdering vereisen.
Zowel Cas9 als Cas12a kunnen multiplexbewerking ondersteunen. De geschiktheid voor een specifieke ziekte hangt af van levering, bewerkings efficiëntie en veiligheid, in plaats van een categorisch onvermogen van Cas9 om meerdere genen te modificeren.
Intussen wordt duidelijk dat CRISPR potentieel veel verder reikt dan het genezen van zeldzame genetische ziekten, met neurologie, kanker (oncologie) en metabole problemen als de meest waarschijnlijke gebieden om het leven van tientallen miljoenen mensen te verbeteren of te redden.
Bron: ARK Invest
Sommige voorgestelde therapieën kunnen profiteren van het modificeren van meerdere genen, maar de benodigde aanpak hangt af van de ziekte en het behandelingsontwerp.
Yale’s Cas12a‑studie
Diverse doelwitten
Voordat multi‑gen bewerking bij mensen wordt uitgevoerd, moeten we eerst een beter begrip hebben van het effect van zo’n agressieve interventie op het genoom.
De Yale‑onderzoekers gebruikten laboratoriummuizen om immuuncellen genetisch te bewerken, waaronder CD4+ en CD8+ T‑cellen, B‑cellen en uit beenmerg afgeleide dendritische cellen. Ze wijzigden ook kankergeassocieerde genen en in‑vivo leverweefsel.
Het CRISPR‑genbewerkingsmateriaal werd respectievelijk aan elk doelwit afgeleverd met retrovirussen, adeno‑geassocieerde virussen en lipide‑nanodeeltjes.
Om de mogelijkheden van de methode uit te breiden, gebruikten ze ook 2 varianten van Cas12a.
Efficiëntie controleren
Eerst koppelden de onderzoekers de mutatie aan een fluorescerend eiwit om te controleren of deze correct werd uitgevoerd.
Vervolgens controleerden ze hoe de efficiëntie van genbewerking varieerde afhankelijk van de getargete organen. Het bleek dat lever, hersenen, nieren en longen tot de gemakkelijkste behoorden om een hoog niveau van in‑vivo genbewerking te bereiken.
Dit levert zeer veelbelovende resultaten op, aangezien deze organen het belangrijkst zijn voor de cruciale medische doelen van toekomstige CRISPR‑therapieën.
Praktisch potentieel
Nadat het concept bewezen had potentieel te hebben, gingen de onderzoekers verder met het testen van toepassingsgevallen voor het modificeren van immuuncellen en kankercellen.
Wat immuuncellen betreft, was de transformatiewetheid, 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 genbewerkingen plaatsvinden.
DAKO
Door de mogelijkheden van CRISPR‑Cas12a‑technologie nog verder te verleggen, ontwikkelden de onderzoekers een nieuw dual‑gen activatie‑ en knockout‑systeem (DAKO).
Dit betekent dat een enkele behandeling later kan splitsen en 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 een eiwit dat een mechanisme activeert en een ander dat het onderdrukt. Door DAKO‑genbewerking uit te voeren, wordt het mogelijk zowel de gewenste activiteit boven normale niveaus te verhogen als het systeem te verwijderen dat dit gewenste effect zou remmen.
Aangezien ongewenste of slecht beheerde retro‑controles vaak een belangrijke reden zijn waarom genbewerking niet presteert zoals gehoopt, zou dit DAKO‑systeem een revolutie kunnen betekenen, vooral in oncologie, neurologie en metabole behandelingen.
Diermodellen
Dit nieuwe genbewerkingssysteem met Cas12a kan even nauwkeurig zijn als Cas9, maar kan meerdere bewerkingen tegelijk uitvoeren, en die bewerkingen kunnen zowel activatie als onderdrukking van genen zijn.
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. Dus 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 belangrijk element zal waarschijnlijk het testen van nieuwe vectoren voor het genbewerkingssysteem zijn, hetzij andere virussen of andere lipide‑nanocapsules. In het bijzonder zullen betere vectoren voor de organen die het minst worden beïnvloed nodig zijn voor specifieke studies of ziekten.
Op de lange termijn is het meest 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 eigen versie van Cas12a die zij hebben ontwikkeld: AsCas12a.
U kunt meer lezen over de unieke eigenschappen van Cas12a in ons toegewijde artikel “Wat is CRISPR‑Cas12a2? & Waarom is het belangrijk?”.
Bron: Editas
U kunt ook een overzicht lezen van alle bedrijven van Jennifer Doudna in het bijbehorende artikel “Top Jennifer Doudna‑bedrijven om in de gaten te houden.”
Editas richt zich op sikkelcelziekte (SCD) en bèta‑thalassemie, 2 ziektes waarbij het de race voor eerste behandelingsgoedkeuring verloor aan concurrenten CRISPR Therapeutics en BlueBirdBio.
In het algemeen is het SCD‑programma (recent hernoemd naar reni‑cel) meerdere keren uitgesteld, wat zorgen bij investeerders heeft gewekt, en is sindsdien opnieuw gericht op in‑vivo therapie om het te onderscheiden van reeds goedgekeurde SCD‑therapieën.
Desondanks bezit Editas aanzienlijke patenten op CRISPR‑Cas12, die zijn gebruikt door onderzoekers aan de University of New South Wales, Australië, om een COVID‑19‑striptest te ontwikkelen, wat het technologische potentieel buiten genbewerking illustreert.
Editas ondertekende in 2023 een deal van $50 M met Vertex zodat het bedrijf Editas’ Cas9‑IP kan gebruiken.
Editas richt zich op andere CRISPR‑versies 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, naast een cash‑runway die tot 2026 reikt.
Aangezien Cas12a steeds meer wordt bewezen als een best‑in‑class‑methode voor multi‑gen bewerking, zou de expertise van Editas en de focus van de pijplijn op deze CRISPR‑variant een winnende zet kunnen blijken op de lange termijn.
(U kunt meer lezen over CRISPR‑bedrijven in ons bijbehorende artikel “Top 5 CRISPR‑bedrijven om in te investeren”.)
Laatste over Editas
Studies geraadpleegd:
1. Tang, K., Zhou, L., Tian, X. et al. Cas12a‑knock‑in muizen voor multiplexgenoombewerking, ziektemodellering en immuuncel‑engineering. Nat. Biomed. Eng (2025). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01371-2
