Med hjälp av en ny licens kan Harvard-laboratoriets innovationer inom genomteknik lösa bristen på organtransplantationer

Av Caroline Perry, Office of Technology Development

Under de senaste åren har forskare under ledning av George Church, Ph.D., Robert Winthrop-professorn i genetik vid Harvard Medical School (HMS) och en av kärnfakultetsmedlemmarna vid Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, har gjort viktiga framsteg när det gäller att konstruera grisars arvsmassa så att deras celler blir kompatibla med människokroppen. Ett friskt hjärta för en patient i desperat behov kan en dag komma från en gris.

”Det är relativt genomförbart att ändra en gen hos en gris, men att ändra flera dussintals – vilket helt klart är ett minimum här – gynnas av CRISPR”, säger Church. Xenotransplantation är ”en av få” stora utmaningar (bland annat genmotorer och utrotning, enligt honom) ”som verkligen kräver CRISPR:s ’oomph'”.

För att underlätta utvecklingen av säkra och effektiva celler, vävnader och organ för framtida medicinska transplantationer till mänskliga patienter har Harvards Office of Technology Development nu beviljat en tekniklicens till det nystartade biotekniska företaget eGenesis i Cambridge.

Det grundades 2015 av Church och den före detta HMS-doktoranden Luhan Yang, Ph.D., och eGenesis meddelade i fjol att det hade tagit in 38 miljoner dollar för att främja sitt forsknings- och utvecklingsarbete. Minst åtta tidigare medlemmar av Church Lab – praktikanter, doktorander, postdoktorer och gästforskare – har fortsatt sina vetenskapliga karriärer som anställda där.

”Church Lab är välkänt för sin obevekliga strävan efter vetenskapliga prestationer som är så ambitiösa att de verkar osannolika – och för sin framgångsrika historia”, säger Isaac Kohlberg, Harvard’s Chief Technology Development Officer och Senior Associate Provost. ”George förtjänar också erkännande för sin förmåga att inspirera till passion och odla en stark entreprenörsdrift bland sitt begåvade forskarlag.”

Licensen från Harvard OTD omfattar en kraftfull uppsättning genomtekniker som utvecklats vid HMS och Wyss-institutet, inklusive tillgång till grundläggande immateriella rättigheter i samband med Church Lab:s banbrytande användning av CRISPR från 2012, som leddes av Yang och Prashant Mali, Ph.D., för att redigera arvsmassan i mänskliga celler. Efterföljande innovationer som möjliggjorde effektiv och noggrann redigering av många gener samtidigt ingår också. Licensen är exklusiv för eGenesis men begränsad till området xenotransplantation.

Kan denna teknik bidra till att ge livräddande vävnader och organ till behövande patienter? Det amerikanska hälsovårdsdepartementets organanskaffnings- och transplantationsnätverk (Organ Procurement and Transplantation Network) följer statistiken. Omkring 114 000 personer i USA står på en väntelista för organtransplantationer. I den allmänna befolkningen är det bara tre av 1 000 personer som dör på ett sätt som skulle göra det möjligt att donera deras organ – om de var registrerade donatorer. Samtidigt dör varje dag 20 personer på denna väntelista i väntan.

Utsikterna att använda levande, icke-mänskliga organ och oron för smittsamheten hos patogener som antingen finns i vävnaderna eller eventuellt bildas i kombination med mänskligt genetiskt material har fått Food and Drug Administration att sedan mitten av 1990-talet utfärda detaljerade riktlinjer för forskning och utveckling av xenotransplantationer. När det gäller grisar har ett primärt bekymmer varit att porcina endogena retrovirus (PERV), strängar av potentiellt patogent DNA i djurens arvsmassa, skulle kunna infektera mänskliga patienter och så småningom orsaka sjukdom.

Det är här som Church Lab:s CRISPR-expertis har möjliggjort betydande framsteg. År 2015 publicerade laboratoriet viktiga resultat i Science, där man framgångsrikt visade att man med hjälp av genomteknik kunde eliminera alla 62 PERVs i svinceller. I en senare nyhetsrapportering kallade Science detta för ”den mest omfattande CRISPR-redigeringsuppgiften hittills”.

Church Lab är välkänt för sin obevekliga strävan efter vetenskapliga prestationer som är så ambitiösa att de verkar osannolika – och för sin framgångsrika historia.

År 2017 gick Church och Yang, tillsammans med medarbetare vid Harvard, andra universitet och eGenesis, ännu längre. I en ny publikation i Science bekräftade de för första gången tidigare forskares farhågor: svinceller kan faktiskt överföra PERVs till mänskliga celler, och dessa mänskliga celler kan dela dem med andra, oexponerade mänskliga celler. (Det är fortfarande okänt under vilka omständigheter dessa PERVs kan orsaka sjukdom). I samma artikel korrigerade de problemet och meddelade att 37 PERV-fria grisar hade embryonats och fötts.

”Sammantaget var dessa innovationer häpnadsväckande”, säger Vivian Berlin, direktör för affärsutveckling inom OTD, som förvaltar kommersialiseringsstrategin för en stor del av Harvards intellektuella egendom inom biovetenskaperna. ”Det var den grund de behövde, för att övertyga både forskarvärlden och investeringsvärlden om att xenotransplantation kan bli verklighet.”

”Efter hundratals tester var detta en kritisk milstolpe för eGenesis – och hela fältet – och representerade ett viktigt steg mot säker organtransplantation från grisar”, säger Julie Sunderland, tillförordnad VD för eGenesis. ”Genom att bygga vidare på den här studien hoppas vi kunna fortsätta att främja vetenskapen och potentialen att göra xenotransplantation till ett säkert och rutinmässigt medicinskt förfarande.”

Det är dock inte slutet på historien; en immunologisk utmaning kvarstår, som eGenesis kommer att behöva ta itu med. Möjligheten för patientens kropp att helt och hållet avvisa transplanterad vävnad har hindrat många tidigare försök till xenotransplantation genom historien. Church sade att många genetiska förändringar måste göras för att göra organ från svin helt kompatibla med mänskliga patienter. Bland dessa finns ändringar av flera immunfunktioner, koagulationsfunktioner, komplement och sockerarter samt PERVs.

”Försöket med den raka transplantationen misslyckades nästan omedelbart, inom några timmar, eftersom det finns en enorm missmatchning i kolhydraterna på cellernas yta, i synnerhet alfa-1-3-galaktos, så det var en showstopper”, förklarade Church. ”När man raderar den genen, vilket man kan göra med konventionella metoder, får man fortfarande en ganska snabb avstötning, eftersom det finns många andra aspekter som är inkompatibla. Man måste ta hand om var och en av dem, och alla handlar inte bara om att ta bort saker – en del av dem måste man humanisera. Det finns en hel del subtilitet inblandad så att man får normal embryogenes hos grisar men inte avstötning.”

”Det är en utmaning att sätta ihop allt i ett paket”, tillade han.

Kort sagt, det är nästa stora utmaning för CRISPR.