Knippen en plakken met DNA

Stel je voor dat je de genen van een patiënt kunt bewerken om ernstige erfelijke nierziekten te genezen. Het lijkt wel iets uit een futuristische film, maar dit is precies wat dr. Manoe Janssen van Universiteit Utrecht probeert te bereiken met haar onderzoek. Ze werkt aan de ontwikkeling van een behandeling voor de erfelijke ziekte nefropatische cystinose, met behulp van van de baanbrekende techniek CRISPR-Cas9.

CRISPR-Cas9, wat is dat precies en hoe werkt het?

‘Met CRISPR-Cas9 kunnen we specifieke, ziekmakende stukjes DNA uit lichaamscellen weghalen en vervangen door een gezond stukje. Vergelijk het met een schaar die nauwkeurig en doelgericht knipt. De techniek bestaat uit drie essentiële onderdelen: het enzym Cas9 (de schaar), gids-RNA dat het ziekmakende DNA opspoort, en gezond DNA.

Het gids-RNA leidt het Cas9 enzym naar het probleemgebied. Daar wordt het foute DNA weggeknipt. Daarna wordt gezond DNA toegevoegd en herstelt de cel zichzelf. De techniek maakt het mogelijk heel gericht veranderingen aan te brengen in het DNA van bacteriën, planten, dieren én mensen.’

Wat kan CRISPR-Cas9 betekenen voor nierpatiënten, en de noodzaak tot dialyse of transplantatie?

‘Voor mensen met erfelijke nierziekten kan CRISPR-Cas9 een enorme vooruitgang betekenen. Als we het ziekmakende DNA kunnen repareren, kunnen we de ziekte vertragen of zelfs stoppen. Dit zou op termijn betekenen dat mensen minder snel dialyse nodig hebben of zelfs geen transplantatie meer nodig hebben. De sleutel is vroeg ingrijpen, nog voordat de nieren schade oplopen. Het zou mooi zijn als de hielprik bij baby’s kan worden uitgebreid.

Dat is een bloedonderzoek bij pasgeboren baby’s waarmee 26 ziektes kunnen worden opgespoord. Als onder andere nefropatische cystinose hieraan wordt toegevoegd, kan de ziekte al in een vroeg stadium worden ontdekt en behandeld.

De mogelijkheden van CRISPR-Cas9 zijn in theorie toepasbaar op elk type erfelijke aandoening waarbij aanpassing van een specifiek stukje ziek DNA nodig is. Momenteel concentreer ik me op erfelijke nierziekten, waaronder nefropatische cystinose, renale tubulaire acidose en nefronoptisis.’

Wat is nu de stand van zaken bij het onderzoek naar nefropatische cystinose?

‘Bij nefropatische cystinose is sprake van een beschadiging in een belangrijk stukje DNA, het CTNS-gen, dat leidt tot de ophoping van het aminozuur cystine in de cellen. Dit veroorzaakt een verslechterende werking van de nieren en ernstige ziekte bij jonge kinderen.

Wij pakken dit probleem aan bij de bron: het foutieve stukje DNA. In het laboratorium hebben we nu al veelbelovende resultaten bereikt door het erfelijke materiaal van zieke cellen aan te passen met behulp van CRISPR-Cas9. Bij de gerepareerde cellen blijkt de ophoping van cystine helemaal verdwenen te zijn. Dit is veelbelovend en de verwachting is dan ook dat deze cellen hun normale nierfunctie weer kunnen oppakken.

Maar hiermee zijn we er nog niet. Wil de behandeling werken, dan moeten er voldoende cellen in de nieren gerepareerd worden. Daarmee gaan we een nieuwe uitdagende, meer complexe fase van ons onderzoek in.’

Kun je daar nog meer over vertellen?

‘Met de bestaande technologie is het nog niet goed mogelijk om cellen uit de nieren te bereiken. De eerste stap is daarom om de behandeling niet op de nieren, maar op stamcellen uit het bloed uit te voeren.

Hierbij worden cellen uit het bloed gehaald en buiten het lichaam gerepareerd, dit noemen we ook wel ex-vivo gentherapie. Daarna plaatsen we de gerepareerde stamcellen terug in het lichaam waar ze zich in het beenmerg kunnen nestelen. Hiervandaan verspreiden ze zich, opdat ze in verschillende weefsels de cystinestapeling kunnen afbreken.

We testen dit eerst op proefdieren, zoals muizen en ratten. Komen daar goede resultaten uit, dan kunnen eerste tests met mensen van start.’

Wanneer kan een behandeling met CRISPR-Cas in ons land beschikbaar komen?

‘Zodra onze behandeling bij de tests met mensen veilig en effectief blijkt, kan een procedure starten voor het toelaten van de therapie op de Europese markt. Daarna zou de behandeling in Nederland beschikbaar kunnen komen.

Het combineren van kennis uit verschillende vakgebieden is essentieel om vooruitgang te boeken. Naar verwachting zullen over ongeveer vijf jaar de  eerste resultaten zichtbaar zijn. Een behandeling zal langer op zich laten wachten: het kan nog zeker vijftien jaar duren voordat nierpatiënten daadwerkelijk kunnen profiteren van deze technologie.’

Wat staat het toepassen van CRISPR-Cas9 mogelijk in de weg?

‘Financiering voor onderzoek blijft voor nu het grootste probleem. Enerzijds stellen critici dat het kostbaar is gentherapieën, zoals Crispr-Cas, te ontwikkelen voor zeldzame aandoeningen waaraan soms maar een handjevol patiënten lijdt.

Anderzijds zeggen voorstanders dat gentherapie maar eenmalig hoeft te worden gegeven, terwijl patiënten anders hun hele leven lang misschien prijzige medicijnen moeten gebruiken. Of verschillende transplantaties nodig hebben, als het gaat om jonge nierpatiënten. Op de lange duur kan gentherapie daardoor toch ‘goedkoper’ zijn.’

Embryoselectie en IVF

Een aantal erfelijke nierziekten (cystenieren, syndroom van Alport, NDI) kan nu al worden voorkomen via reageerbuisbevruchting met embryoselectie: bevruchte eicellen met en zonder erfelijke aandoening worden van elkaar gescheiden, waarna deskundigen een cel zonder erfelijke aandoening in de baarmoeder plaatsen.

Reageerbuisbevruchting (IVF) is een noodzakelijke voorwaarde bij deze methode. Dit traject wordt door de meeste stellen als zwaar ervaren. Het weghalen van eitjes doet meestal pijn. Het is een langdurige behandeling waarvoor veel geduld nodig is, je vaak naar het ziekenhuis moet en die lang niet altijd tot zwangerschap leidt.

Behandeling met CRISPR-Cas9 kan dan een welkom alternatief zijn, maar deze is nu nog niet beschikbaar in ons land.

Kijk voor meer informatie over embryoselectie (Preïmplantatie Genetische Diagnostiek, kortweg PGD) op: www.pgdnederland.nl.

Erfelijk zonder dat je het weet?

Embryoselectie is een optie als je wéét dat een erfelijke ziekte bij je in de familie zit. Als je echter zonder het te weten drager bent van een gen dat erfelijke ziekte veroorzaakt en daar pas na de geboorte van je kindje achter komt, is embryoselectie niet meer mogelijk. Dan zou CRISPR-Cas uitkomst kunnen bieden, maar nader onderzoek en regelgeving zijn nodig, voordat deze methode in Nederland kan worden toegepast.

Critici over CRISPR-Cas

Het DNA aanpassen voor het behandelen en zelfs genezen van erfelijke aandoeningen wordt meestal als welkome technische vooruitgang gezien. Maar er spelen ook ethische discussies en obstakels. Het past niet bij ieders overtuiging of geloof om zo in de natuur in te grijpen.

En wat als DNA kan worden aangepast om slimmere, leukere en mooiere baby’s geboren te laten worden?
Transplantaties met varkens nieren en zelfs het kweken van een menselijke nier in een varkensembryo kwamen zeer recent in het nieuws, ook hierbij wordt gebruik gemaakt van gentherapie.

Critici zetten grote vraagtekens bij het welzijn van dieren dat daarbij in het geding kan zijn.

Tekst: Charlotte Zwager, arts-onderzoeker Amsterdam UMC