Adaugă-ne ca sursă preferată în Google
Din cuprinsul articolului
O echipă de cercetători japonezi a reușit ceva considerat până recent extrem de dificil: a eliminat copia suplimentară a cromozomului 21 din celule provenite de la persoane cu sindrom Down.
Experimentul a fost realizat cu tehnologia de editare genetică CRISPR-Cas9, iar în unele condiții cercetătorii au reușit să transforme celule cu trei copii ale cromozomului 21 în celule cu cele două copii obișnuite.
După eliminarea cromozomului suplimentar, mai multe caracteristici ale celulelor s-au apropiat de cele observate în celulele fără trisomie.
Experimentul nu a fost realizat pe copii, adulți, fetuși sau embrioni și nu există în prezent un tratament CRISPR care să elimine sindromul Down din organismul unei persoane.
Cercetarea a fost efectuată exclusiv pe celule cultivate în laborator.
Studiul echipei de la Mie University, Japonia, a fost publicat în februarie 2025 în revista PNAS Nexus.
Sindromul Down apare atunci când există trei copii ale cromozomului 21
În mod obișnuit, celulele umane au 46 de cromozomi organizați în 23 de perechi.
Persoanele cu sindrom Down au, în majoritatea cazurilor, o copie suplimentară a cromozomului 21.
În loc de două copii există trei, motiv pentru care afecțiunea este numită și trisomia 21.
Cromozomul suplimentar modifică doza multor gene și influențează dezvoltarea organismului.
Sindromul Down este asociat cu particularități ale dezvoltării cognitive și cu un risc crescut pentru anumite probleme medicale, printre care malformații cardiace congenitale, afecțiuni tiroidiene, tulburări de auz și vedere sau boala Alzheimer la vârste mai tinere.
Cercetătorii japonezi au încercat să abordeze cauza genetică aflată la baza trisomiei, nu una dintre manifestările ei.
Oamenii de știință au țintit exact una dintre cele trei copii
Una dintre marile dificultăți ale experimentului era faptul că cercetătorii nu puteau distruge la întâmplare cromozomul 21.
Celula are nevoie de două copii.
Dacă tehnologia ar fi eliminat două dintre ele sau ar fi afectat aleatoriu cromozomii sănătoși, rezultatul ar fi creat alte probleme genetice.
Echipa condusă de Dr. Ryotaro Hashizume, de la Mie University Graduate School of Medicine, a dezvoltat o strategie prin care CRISPR-Cas9 putea recunoaște particularități genetice ale uneia dintre cele trei copii.
Cercetătorii au folosit mai multe ghiduri CRISPR pentru a produce tăieturi în ADN-ul cromozomului selectat.
După suficiente rupturi, celula putea elimina întregul cromozom suplimentar.
Metoda este descrisă de autori drept o formă de „trisomic rescue”, adică transformarea unei celule trisomice într-una cu numărul normal de copii ale cromozomului respectiv.
În unele experimente, 37,5% dintre celule au ajuns la numărul normal de cromozomi
Celulele inițiale aveau cariotipul:
47,XY,+21
adică 47 de cromozomi și o copie suplimentară a cromozomului 21.
După aplicarea sistemului CRISPR, cercetătorii au analizat 40 de celule aflate în metafază.
Dintre acestea:
- 25, adică 62,5%, păstrau trisomia 21;
- 15, adică 37,5%, aveau 46 de cromozomi și numai două copii ale cromozomului 21.
Analiza microscopică nu a identificat în aceste celule alte anomalii cromozomiale majore vizibile prin metoda utilizată.
Mie University descrie rezultatul drept o rată de eliminare a cromozomului suplimentar de până la 37,5% în condițiile experimentale testate.
Asta nu înseamnă că tehnologia are o eficiență de 37,5% într-un organism uman. Procentul se referă exclusiv la anumite celule cultivate și manipulate în laborator.
Celulele „corectate” și-au schimbat comportamentul
Cercetătorii au vrut să afle dacă eliminarea cromozomului suplimentar modifică doar numărul cromozomilor sau dacă produce și schimbări funcționale.
Au comparat celulele cu trisomie cu cele în care cromozomul suplimentar fusese îndepărtat.
După corectarea cariotipului, profilul de activitate al genelor s-a apropiat de cel al celulelor cu două copii ale cromozomului 21.
Au apărut și modificări ale vitezei de proliferare celulară.
În plus, producția excesivă de specii reactive de oxigen, observată în celulele cu trisomie 21, s-a redus în celulele corectate.
Autorii consideră că aceste rezultate arată că eliminarea cromozomului suplimentar poate inversa cel puțin o parte dintre particularitățile celulare asociate trisomiei.
Tehnica a funcționat și pe celule de piele
Primele experimente au fost realizate pe celule stem pluripotente induse, cunoscute drept celule iPS.
Acestea sunt celule adulte reprogramate în laborator astfel încât să capete proprietăți asemănătoare celulelor stem.
Cercetătorii au vrut însă să afle dacă metoda ar putea funcționa și pe celule deja diferențiate.
Au folosit fibroblaste provenite din pielea unor persoane cu trisomie 21.
Și în aceste celule, sistemul CRISPR a reușit să elimine copia suplimentară a cromozomului 21.
Mai mult, autorii au observat un procent redus de eliminare a cromozomului chiar și în celule care nu se aflau în proces activ de diviziune.
În acea parte a experimentului, rata a fost de aproximativ 3,2%, față de 0,4% în grupul de control.
Rezultatul este interesant deoarece majoritatea celulelor din corpul unui adult nu se divid permanent.
Dar diferența dintre eliminarea unui cromozom din câteva celule aflate într-o cutie de laborator și modificarea miliardelor de celule dintr-un organism este enormă.
CRISPR a produs mai multe rupturi în același cromozom
CRISPR-Cas9 funcționează precum o foarfecă moleculară ghidată către anumite secvențe de ADN.
În acest experiment, cercetătorii nu au tăiat o singură genă.
Au produs mai multe rupturi în copia cromozomului 21 pe care doreau să o elimine.
Cu cât numărul tăieturilor a crescut, cu atât probabilitatea ca acel cromozom să dispară din celulă a fost mai mare.
Strategia diferă de majoritatea terapiilor CRISPR dezvoltate până în prezent, care încearcă de regulă să corecteze, dezactiveze sau înlocuiască una sau câteva secvențe genetice.
Aici ținta este un cromozom întreg.
Cercetătorii au analizat și riscul unor modificări nedorite
Una dintre marile probleme ale editării genetice este posibilitatea ca CRISPR să taie ADN-ul într-un loc care nu era vizat.
Echipa a analizat genomul celulelor după tratament pentru a căuta asemenea modificări.
Cercetătorii nu au detectat mutații produse de Cas9 în regiuni îndepărtate de țintele prevăzute, dar au identificat unele tăieturi nedorite la copiile cromozomului 21 care nu trebuiau eliminate.
Autorii au încercat apoi să rafineze sistemul și să păstreze numai ghidurile cu specificitate mai bună.
Acesta este unul dintre motivele pentru care tehnologia se află încă departe de utilizarea la oameni.
Într-un tratament medical, modificarea accidentală a cromozomilor sănătoși ar putea avea consecințe serioase.
De ce nu înseamnă că sindromul Down poate fi „vindecat”
Diferența dintre experiment și un tratament real este foarte mare.
Pentru a modifica sindromul Down la o persoană deja născută, tehnologia ar trebui să ajungă într-un număr uriaș de celule din diferite organe.
Ar trebui să poată acționa în:
- creier;
- inimă;
- mușchi;
- sânge;
- piele;
- organele digestive;
- alte țesuturi.
Mai mult, multe dintre caracteristicile sindromului Down apar încă din timpul dezvoltării embrionare.
Eliminarea cromozomului suplimentar dintr-o parte dintre celulele unui adult nu ar putea automat inversa structuri anatomice sau procese de dezvoltare deja formate.
Mie University subliniază explicit că rezultatele reprezintă o demonstrație de principiu realizată la nivel celular, în afara organismului, nu o terapie disponibilă pentru pacienți.
Nu au fost modificați embrioni umani
Oamenii de știință nu au editat embrioni umani cu sindrom Down pentru a-i transforma în embrioni fără trisomie 21.
Nu au testat tehnologia în sarcină.
Nu au demonstrat că procedura poate preveni nașterea unui copil cu trisomie 21.
Și nu există o procedură clinică aprobată care să fie folosită în acest scop.
Studiul a folosit celule provenite de la persoane cu trisomie 21 și cultivate în laborator.
De ce descoperirea rămâne totuși neobișnuită
Tratamentele genetice moderne sunt construite de obicei în jurul unei mutații sau al unei gene.
Trisomia 21 este diferită.
Problema nu este o singură literă greșită în ADN, ci prezența unui cromozom complet în plus, care conține sute de gene.
Eliminarea selectivă a uneia dintre cele trei copii fără distrugerea celorlalte două este astfel mult mai dificilă decât corectarea unei singure mutații.
În studiul japonez, cercetătorii au demonstrat că o asemenea selecție este posibilă, cel puțin în celule cultivate.
Studiul extinde cercetări mai vechi care arătaseră deja că CRISPR poate fi folosit pentru eliminarea unor cromozomi întregi din anumite tipuri de celule. O lucrare publicată încă din 2017 demonstrase eliminarea țintită a cromozomului 21 în celule stem pluripotente umane cu trisomie.
Noutatea echipei japoneze constă în special în strategia de selectare a unei anumite copii a cromozomului, folosirea mai multor tăieturi și demonstrarea efectului și în fibroblaste.
Ar putea exista aplicații medicale într-o zi
Autorii vorbesc despre posibilitatea ca tehnologia să devină, după mult mai multe cercetări, o metodă de reducere a unor manifestări asociate trisomiei.
De exemplu, în viitor ar putea fi explorată corectarea anumitor tipuri de celule sau țesuturi pentru complicații specifice.
Dar înainte de orice test clinic ar trebui rezolvate probleme precum:
- livrarea CRISPR în țesuturile dorite;
- selectarea exactă a cromozomului suplimentar;
- evitarea deteriorării celorlalte copii;
- prevenirea mutațiilor nedorite;
- stabilirea procentului de celule care trebuie corectate;
- evaluarea efectelor pe termen lung.
La acestea se adaugă întrebări etice importante legate de editarea genetică și de modul în care ar trebui definite obiectivele unui asemenea tratament.
