לערוך מחדש את הדנ"א: חלום ההנדסה הגנטית בבני אדם

בשנת 2000 פוענח הרצף של הגנום הראשון, והחלומות על הנדסה גנטית נדמו כאילו הם נמצאים במרחק נגיעה, אולם בזמן שעבר מאז, התברר שבין פענוח גנום אחד לבין טיפול באנשים רבים עם גנומים שונים, הדרך ארוכה מאוד, וחלום ההנדסה הגנטית שוב נראה רחוק - עד השנה.

טכנולוגיית עיבוד הגנים CRISPR, שהצגנו אותה במדור זה כאחת הטכנולוגיות המבטיחות של 2013, עשויה לפתוח לרווחה את הדלת לתחום ההנדסה הגנטית, ובמידה רבה היא כבר פתחה אותה. "אני בטוח שהטכנולוגיה הזאת, אף שהיא בת כמה שנים ספורות, כבר מיושמת בהצלחה רבה בעולם החקלאות, בהנדסה גנטית של צמחים ואולי גם של בעלי חיים", אומר נובק, מנכ"ל חברת CRISPR Therapies, אחת המובילות העולמיות בתחום. "וגם בעולם הרפואי כבר מתחילים לעשות בה שימוש".

מדובר בטכנולוגיה שמאפשרת "עריכה" של גנים, כלומר הוצאת מקטע דנ"א והחלפתו באחר. בחלומות הפרועים של מפתחי הטכנולוגיה, היא תוכל לרפא מחלות גנטיות, תאפשר להפוך תאים מסוימים בגוף לכאלה המפרישים חומרים החסרים בגוף, לרפא תאים שהדנ"א שלהם ניזוק והפכו סרטניים ואפילו, תיאורטית, לשנות תכונות של עוברים לפני לידתם.

טכנולוגיות של הנדסה גנטית היו קיימות עוד לפני CRISPR ואפילו יושמו באופן ראשני בבני אדם, אבל יש לה יתרון משמעותי - היא הדירה יותר, כלומר משימוש לשימוש מקבלים פחות או יותר אותן תוצאות, וקל מאוד ללמוד כיצד להשתמש בה ולהשיג תוצאות טובות. כך, כמעט בכל מעבדה ניתן להתחיל לערוך גנים, ולמעשה במעבדות ביולוגיות רבות בעולם, באקדמיה וגם בתעשייה, כבר התחילו לערוך גנים בשיטה הזאת.

המטרה: חיסול ממוקד של פגמים

ד"ר איל הנדל, ישראלי העושה היום פוסט דוקטורט במעבדה לריפוי גנטי באוניברסיטת סטנפורד, עובד בחזית טכנולוגיית ה-CRISPR, וטכנולוגיות עריכת גנים נוספות. לדבריו, "כבר היום אנחנו יכולים לייצר במעבדה תאים שיפרישו חלבונים מסוימים באופן מאוד מדויק. אנחנו יכולים לשנות גנים או למחוק אותם כדי ללמוד על התפקיד שלהם, ובתחום הרפואה אנחנו יכולים לתקן גנים במחלות שבהן הפגיעה היא בגן ספציפי יחיד, כמו אנמיה חרמשית או SKID ('ילדי בועה', ללא מערכת חיסון)".

ויש גם יישומים שכבר מרפאים מחלות היום, גם אם באופן ניסיוני. "השיטה הטובה ביותר להשתמש בטכנולוגיה היא לקחת דם מחולה, לשנות גנים בתאי הדם שלו ולהחזיר לו אותו דם 'מטופל', כך שיפריש את החומרים הללו בגופו", מסביר הנדל. כך, למשל, כבר מתקיימים ניסויים קליניים בחולי איידס. במחלה זו, הווירוס תוקף את תאי מערכת החיסון, חודר לתוכם ומתרבה באופן מסיבי וגורם למותו של התא. אח"כ יכול הווירוס לצאת מהתא ולהדביק תאים חדשים. באמצעות הנדסה גנטית, ניתן היום לקחת דם מחולה איידס, ובו התאים החיסוניים שלו, לשנות את הגנטיקה של התאים כך שהווירוס לא יוכל לתקוף אותם ולהנדס תאים שעמידים בפני הווירוס.

"בטכנולוגיית הנדסה גנטית מוחקים את הקולטן שדרכו הווירוס מזהה את התא ונכנס אליו", אומר הנדל, "וכך 'מחסנים' את התא מפני הווירוס". גם אם עושים זאת רק לחלק מהתאים בדם, ניתן לשנות את המאזן בין תאים חיסוניים 'פגיעים' לתאים חיסוניים 'מוגנים' שהווירוס אינו יכול לתקוף ולהסב אותם לצרכיו. כך נותנים לחולי איידס עוד שנים של חיים ואיכות חיים.

היום אופן התיקון הזה רלוונטי במחלות הקשורות בפגיעה בתאי דם, אומר נובק. "האתגר המוביל של טכנולוגיית ה-CRISPR הוא להגיע לתאים רבים באברי המטרה", הוא מסביר. "למשל, אם אנחנו רוצים להגיע לכבד, אנחנו צריכים להביא אליו את ה'מספריים' של ה-CRISPR, אבל בשביל זה אנחנו צריכים להזריק אותם שוב ושוב לתוך הכבד, אי אפשר לעשות זאת בבליעה כי הם מתפרקים במערכת העיכול. בתאי דם, לעומת זאת, אפשר פשוט להוציא תאי גזע של מערכת הדם מגוף החולה, לתקן אותם ולהחזיר תאי גזע 'בריאים' למחזור הדם".

חברת CRISPR Therapies עדיין אינה מגלה מה יהיה היישום שלה לטכנולוגיה, אולם מהדגש ששם על כך נובק, ניתן להעריך שמדובר בטיפול הקשור לתאי גזע בדם. עם זאת, תחום נוסף נראה לנובק מבטיח והוא רפואת העיניים, כי ניתן להגיע אל העין בקלות בהזרקה (גם אם זה לא ממש נעים).

הניסוי בתחום האיידס השלים לאחרונה שלב I בניסויים הקליניים, ודרכו עוד ארוכה, אבל במקביל מנסים ליישם את טכנולוגיית ה-CRISPR גם בטיפול בסרטן הדם. תרופות מזן CAR-T הנמצאות בניסויים ראשוניים ונשענות על עריכה גנטית הן מההבטחות הגדולות בתחום זה - נוטלים דם מהחולה, מזהים בתוכו את התאים החיסוניים ומהנדסים אותם. המטרה היא ללמד את התאים הללו לזהות את התאים הסרטניים ולחסל אותם באופן ממוקד יותר מכל תרופה אחרת.

היום, התאים הסרטניים יודעים כיצד להתחבא ממערכת החיסון ולהפעיל עליה מגוון מניפולציות, אך הנדסה מחדש של תאי מערכת החיסון, אפילו רק של חלקם, יכולה להחזיר להם את יכולת החיסול שאבדה. אחת החברות המובילות בתחום הטיפול בסרטן הדם באמצעות CAR-T היא Kite Pharma האמריקאית, שיזמיה ישראלים ומקור הטכנולוגיה שלה במכון ויצמן. החברה נסחרת היום בנאסד"ק לפי שווי של 834 מיליון דולר, לאחר שעברה בהצלחה גם היא שלב I של הניסויים הקליניים. כיום היא אינה משתמשת בהכרח ב-CRISPR, אבל היא עשויה לעשות זאת בעתיד, מאחר שהטכנולוגיה הזאת הופכת את תהליך ההנדוס לקל יותר.

כך גם לגבי חברת מדג'ניקס הישראלית. טכנולוגיית CRISPR מאפשרת להנדס תאים כך שיפרישו תרופות בתוך הגוף, וחברת מדג'ניקס עושה זאת באמצעות הנדסה של תאי עור שניטלו מהמטופל, כך שיפרישו חלבונם מסוימים, והשתלתם חזרה בחולה. החברה נמצאת בשלב II של הניסויים בתאים המפרישים הורמון EPO, החסר אצל מי שלוקה באנמיה.

"כל המשימות הללו ניתנות לביצוע בכמה שיטות של הנדסה גנטית, אבל CRISPR היא היעילה שבהן ולכן הופכת את כל העניין לפרקטי", אומר הנדל.

הפרקטיקה: מתי נראה יישום בבני אדם?

- עד כמה אנחנו רחוקים מהיום שבו נוכל לערוך עוברי אדם בהפריית מבחנה כדי לרפא מחלות או לשלב בהם תכונות רצויות יותר?

הנדל: "כיוון שזו דילמה אתית כל כך קשה, אני מאמין שהיום הזה עוד רחוק, גם אם מבחינה טכנולוגית הוא בעצם לא כל כך רחוק בכלל. קבוצת חוקרים כבר הודיעה שהצליחה לערוך אפילו שני גנים שונים בעובר של קופים, אבל בבני אדם אין עדיין ניסיונות כאלה וגם אין כוונה לבצעם.

"אני חושב שהיום הזה רחוק מבחינה פרקטית, משום שבמקרים של מחלות חמורות באמת יש פתרונות אחרים, גם אם קשים, כמו אבחון גנטי של ההורים או אבחון גנטי של העובר עצמו, אם מדובר בהפריה חוץ גופית, ומניעת התפתחות של עובר שחולה במחלה קשה. יש חשש משימוש לרעה בשיטה של עריכת גנים של עובר, ולכן כרגע אין דגש על פיתוח טכנולוגיה כזאת".

נובק: "אני חושב שזו סכנה גדולה, וצריך לחשוב היטב איך למנוע זאת. כל התחום של עיבוד גנים הוא אתגר רגולטורי מאוד גדול. אני מעריך שהתערבות בעוברים תיושם, אם אינה מיושמת עדיין, בבעלי חיים".

- עד כדי יצירת מיני חיות חדשים?

נובק: "לא, אי אפשר לשנות עד כדי כך בטכנולוגיה הזאת, אבל אפשר להגביר יבול בשר, להגביר יבול חלב".

- מתי נראה את היישומים הראשונים של הטכנולוגיה?

נובק: "קשה לומר, אבל אני מעריך שבתוך 4-5 שנים נהיה בשלבים מתקדמים של הניסויים".

- האם ניתן יהיה לטפל במחלות שמתפתחות בשלבי חיים מאוחרים, כמו פרקינסון ואלצהיימר, לשקם תאים ספציפיים שנפגעו לאורך החיים?

הנדל: "זה ייקח הרבה יותר זמן. ניתן לערוך היום נוירון בודד במעבדה, אבל הבסיס הגנטי של המחלות הללו עדיין לא מובן ברובו, וקשה מאוד להגיע לתאים ספציפיים במערכת העצבים. עם זאת, יש מחלות מסוימות שבהן הבסיס הגנטי יותר ברור, כמו ALS (ניוון שרירים קטלני), ואולי שם הפתרון קרוב יותר".

- היום אחת ממילות המפתח בביולוגיה היא "אפיגנטיקה", כלומר שינויים שעוברים הגנים במהלך החיים כתוצאה ממשובים מהסביבה. האם ניתן לטפל גם בזה?

הנדל: " טכנית אפשר לטפל בהפרעה אפיגנטית, ניתן למחוק את השינויים שחלו בגנים כדי להשיב את המצב לקדמותו. יש כמה קבוצות מחקר שבודקות זאת".

הנדל מוסיף כי כיום, בעקבות ה-CRISPR, קל וזול יותר לערוך גן מאשר לבדוק לאחר מכן שהתקבלה התוצאה הרצויה, כלומר לקרוא את הרצף לאחר השינוי שבוצע. "כדי להביא את הטכנולוגיה לבשלות, צריך לשפר ולהוזיל גם את טכנולוגיות הקריאה", הוא אומר, "ולצורך כך פיתחנו שיטה חדשה שהתפרסמה לאחרונה בכתב העת המדעי Cell Reports, למדידת היעילות של טכנולוגיות עריכת גנים. אנחנו מאפשרים מדידה של שינויים במגוון רב של אזורים בגנום ובכל סוג של תאים. הגישה שלנו מבוססת על היכולת לקרוא רצפי דנ"א ארוכים שנערכו ומכאן להסיק על הדיוק".

הקרב על המסחור: שתי חוקרות מתחרות

הסיפור של מסחור טכנולוגיית CRISPR מעניין לא פחות מהטכנולוגיה עצמה. שתי חברות מסחריות מתחרות הוקמו על ידי שתי יזמיות שהגיעו לגילויים פורצי דרך בתחום - יחד. הקולגות שפעם עבדו זו לצד זו מתחרות היום על הבכורה בתחום ועל הכסף הרב הממתין להיכנס אליו.

בצד אחד של הזירה עומדת פרופ' עמנואל שרפנטייה, ילידת צרפת, שגייסה 25 מיליון דולר מקרנות הון סיכון לאחר שגילוי שלה היה אחת מפריצות הדרך בתחום. היא עומדת היום בראש CRISPR Therapies, שנובק הוא המנכ"ל שלה. היא גייסה לחברה גם את זוכה פרס נובל קרייג מלו, שפיתח את טכנולוגיית השתקת הגנים RNAi (הבטחת עבר שעדיין צריכה להוכיח את עצמה), את פרופ' דניאל אנדרסון מאוניברסיטת MIT, הראשון שהראה שבשימוש בטכנולוגיית CRISPR ניתן לרפא מחלות גנטיות בחיות בוגרות, ואת פרופ' מתיו פורטיוס מאוניברסיטת סטנפורד, שלפני עשור היה הראשון שהראה שניתן לבצע עריכה מדויקת של גנים בתאי אדם.

בצד השני של הזירה עומדת פרופ' ג'ניפר דודנא, שהייתה שותפה לחלק מהגילויים הללו והקימה סטארט-אפ מתחרה בשם Editas Medicine, שכבר גייס 43 מיליון דולר. החברה הזאת גייסה את מי שהיה חלוץ בתחום הביולוגיה הסינתטית (שמטרתו, שעדיין לא הושגה, היא ליצור יצורים חיים מהבסיס הכימי שלהם), את פרופ' ג'ורג' צ'רץ' מאוניברסיטת הרווארד וכן את פנג זונג מ-MIT, הראשון שהצליח לגרום ל-CRISPR לעבוד בבני אדם ונרשם על שמו החודש פטנט חשוב בתחום.

שרפנטייה ודודנא חתומות יחד על אחד המאמרים פורצי הדרך בתחום, שפורסם בשנת 2012 בכתב העת Science. בשנה שעברה, אחרי שכבר החלו בהקמת החברות המתחרות שלהן, התפרסם מאמר משותף נוסף שלהן בכתב העת Nature. הן עבדו על המאמרים בעודן פועלות במעבדות שונות - שרפנטייה בכמה מעבדות באירופה (היום היא פועלת בבית הספר לרפואה בהאנובר, גרמניה), ואילו דודנא באוניברסיטת ברקלי שבקליפורניה, ארה"ב.

שרפנטייה טוענת שההמצאה התחילה אצלה. "עד עכשיו לא שמעתי שמישהו הקדים אותי", אמרה בזהירות צרפתית לעיתון "אינדיפנדנט" הבריטי לפני כמה חודשים. "שום חלק בטכנולוגיה הזאת לא התגלה לי באופן מקרי. אני חושבת על הטכנולוגיה הזאת ומנסה אותה ומגינה עליה, עוד כשעבדתי באוסטריה, ואחר כך בשבדיה ועכשיו בגרמניה. ל-Editas אין גישה לשום פטנט שבו אני ממציאה-שותפה. החלטתי להקים חברה באירופה, ולא עם Editas, כי אני מנסה להישאר נאמנה לעצמי ולמטרה שלי להשתמש בטכנולוגיה כדי לרפא מחלות קשות".

גם EDITAS מתכוונת, לפי פרסומיה, לרפא מחלות קשות, אך גם היא לא מגלה אילו מחלות. דודנא אמרה ל"אינדיפנדנט" כי יש מקום לחברות רבות בתחום. במקורות אחרים מוזכרת דודנא כמי שחקרה את הטכנולוגיה הזאת עוד לפני שהכירה את שרפנטייה.

נובק, מנכ"ל החברה של שרפנטייה, אומר היום ל"גלובס": "היו שני נדבכים מרכזיים בהתפתחות הטכנולוגיה. עמנואל אחראית לבדה על הנדבך הראשון, והיא הגתה אותו בשווייץ, שבה אין מחויבות להעביר קניין רוחני למוסד שבו אתה עובד, ולכן גם הפטנט הוא שלה. אחר כך היא גייסה את ג'ניפר דודנא, והן השיגו יחד פריצת דרך שנייה, כך שחלק מהטכנולוגיה נמצא בידי אוניברסיטת ברקלי, קליפורניה, שבה ג'ניפר הועסקה. עכשיו גורמים נוספים מנסים לקחת קרדיט על הפיתוח של שתיהן, וזה לא בסדר. לדעתי יהיה מאוד חבל אם האנשים שבאמת פיתחו את הטכנולוגיה לא יקבלו את הקרדיט הראוי. לא היינו מגיעים לאן שהגענו עם הטכנולוגיה הזאת בלי שתי חוקרות אלה".

הנדסה גנטית: הטכנולוגיות שהיו כאן קודם

המאמרים פורצי הדרך על טכנולוגיית CRISPR הופיעו ממש לא מזמן, ב-2012 ו-2013, אך הודות לקלות היישום של הטכנולוגיה, היא התפשטה במהירות. הטכנולוגיה, שעל אופן פעולתה ניתן ללמוד מהתרשים המצורף, כבר יושמה בחיידקים, שמרים, תולעים, זבובים, צמחים, עכברים, קופים וגם בתאי אדם. לדברי ד"ר איל הנדל, החשש העיקרי היום בטכנולוגיה הזאת הוא שאותו רצף גנטי מופיע במקום נוסף בגן שאותו דווקא רוצים להשאיר שלם, ובכמה מעבדות, כולל זו שבה הוא עובד, נבדקות דרכים למנוע זאת.

אבל CRISPR אינה הטכנולוגיה הראשונה לעריכת גנים. שתי שיטות לעריכה גנטית כבר היו קיימות בשימוש כשהיא באה לעולם - ZFN ו-TALENS.

שיטת ה-ZFN, המשתמשת בחלבונים סינתטיים, נחשבת מורכבת ויקרה, והיא לא תמיד מצליחה. לרוב, כדי לוודא את התוצאה יש לרכוש את החלבון הסיתטי מאחת היצרניות המובילות בתחום - בעיקר Sangamo BioSciences לצורכי מחקר רפואי ו- Sigma Aldrich לצורכי מחקר שאינו רפואי.

בשיטת TALENS גם משתמשים בחלבונים סינתטיים, פשוטים וזולים יותר לייצור מ-ZFN, אבל המולקולות גדולות יותר ומורכבות יותר להולכה אל התא. באחד הראיונות עמה, סיפרה פרופ' ג'ניפר דודנא, מהחוקרים פורצי הדרך של טכנולוגיית CRISPR, שקולגה שניסה להנדס שבעה גנים של עכבר באמצעות TALENS לא הצליח באף אחד מהם, שכן לא היה לו שילוב של יכולת טכנית ומזל הדרושים להביא את החלבון בדיוק למקום הנכון. עם CRISPR הוא הצליח בכל השבעה, במהירות.