Schöne neue Gentechnik mit Genscheren gegen HIV und Krebs
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Schöne neue Gentechnik mit Genscheren gegen HIV und Krebs Dr. Markus Hildenbeutel Institut für Zell- und Gentherapie CRISPR-Cas: Schöne neue Gentechnik http://w r die hen: Mensc ie beim chirurg m o en G http:// egel gesspi www.ta 2015 04.12. isse .de/w 12:23 n/gr es ww.tag .. orrigi. Das k ie-gen fuer-d enzen- Uhr be urgie mchir im M omch ens c irurgie -m -beim n-da ensche mch... -geno er-die zen-fu n/gren se is w .de/ spiegel 126770 leben/ igiertes-korr 94.htm Versprechen maßgeschneiderte Veränderung im Erbgut l Hoffnung Therapie von tödlichen Krankheiten he n en te L e b n ich t d iese m w en n uf de d en , a r e r ie e w r sch d er t an n d er ä n en F o a gegen k v s s r u lo d n sch te n e ll te b o ch n s S s a ti e na en en . 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SCID Prinzip der Gentherapie gesund GenAddition Ergänzung Gentherapie bei Krebs GenAddition Ersatz Gentherapie bei Erbkrankheiten z.B. CAR T-Zellen gesund Träger/in krank 9 z.B. SCID Vorteile der Gen-Chirurgie gesund gesund Träger/in krank Nacht Tag GenAddition Effizienz: z.T. sehr gut Regulation 10 Vorteile der Gen-Chirurgie gesund gesund Träger/in Nacht Tag krank GenAddition Effizienz: z.T. sehr gut Regulation krank GenChirurgie Effizienz: OK Regulation 11 Vorteile der Gen-Chirurgie gesund gesund Träger/in Nacht Tag krank GenAddition Effizienz: z.T. sehr gut Regulation krank GenChirurgie Effizienz: OK Regulation GenKO Effizienz: sehr gut gesund 12 Genom-Chirurgie Vorteil: Gene inaktivieren & Gene korrigieren Gen-Knockout Gen A funktionell 13 Genom-Chirurgie Vorteil: Gene inaktivieren & Gene korrigieren Gen-Knockout Gen A funktionell inaktivieren Gen A KO 14 Genom-Chirurgie Vorteil: Gene inaktivieren & Gene korrigieren Gen-Korrektur Gen A mut 15 Genom-Chirurgie Vorteil: Gene inaktivieren & Gene korrigieren Gen-Korrektur Gen A funktionell Donor-DNA (A funktionell) Gen A mut 16 Gen-Korrektur Genom-Chirurgie Einsatz einer Gen-Schere zur Korrektur eines Gens Es kann der Dümmste nicht in Frieden leben, wenn es dem bösen Nachbar nicht gefällt. Es kann de mste nicht in Frieden leben, wenn es dem bösen Nachbar nicht gefällt. kann der Frömmste nicht in Frieden Donor-“DNA“ Es kann der Frömmste nicht in Frieden leben, wenn es dem bösen Nachbar nicht gefällt. (Friedrich Schiller, Wilhelm Tell) 17 Genom-Chirurgie Inaktivieren eines Gens mit einer Gen-Schere (Gen-knockout) Es kann der Frömmste niceben, wenn es dem bösen Nachbar nicht gefällt. Es kann der Frömmste nic eben, wenn es dem bösen Nachbar nicht gefällt. Es kann der Frömmste nicht in Frieden leben, wenn es dem bösen Nachbar nicht gefällt. (Friedrich Schiller, Wilhelm Tell) 18 In der Klinik eingesetzte Gen-Scheren Zink-Finger-Nukleasen (ZFN) TAL-Effektor-Nukleasen (TALEN) CRISPR/Cas-Nukleasen (CRISPR) ZFN TALEN CRISPR ~ 24 bp ~ 36 bp ~ 20 bp Eingesetzt seit 2003 2011 2013 In der Klinik seit 2013 2016 2016 Erkennungsequenz 19 Universeller Einsatz von Gen-Scheren Fadenwurm Zebrafisch Frosch Fruchtfliege Ratte + Maus Grille Schwein ZFN/ TALEN/ Crispr Tabak Rind Mais Affe Arabidopsis Mensch Therapie 20 Mensch Forschung Breites Einsatzspektrum Biologie Grundlagen • Erkenntnisgewinn • Krankheitsmodelle Biotechnologie GVOs • Zellen Medikamente • Saatgut • Nutztiere 21 Medizin Genom-Editierung • Somatischen Zellen • Keimbahn • Embryo Klinische Studien mit Gen-Scheren Plattform Ziel-Gen Editierter Zelltyp Studien-Nr. NCT00842634, NCT01044654, NCT01252641, NCT01543152, NCT02225665, NCT02388594 NCT02500849 HIV CCR5 CD4+ T-Zellen HIV CCR5 Blutstammzellen TALEN Leukämie (B-ALL) CD52, TCR CAR-T-Zellen CRISPR-Cas Solide Tumoren PD-1 T-Zellen Hämophilie B ALB / FIX Leberzellen NCT02808442 NCT02793856, NCT02867345, NCT02863913, NCT02867332 NCT02695160 Mukopolysaccharidose I (MPSI) HPV-induzierte präkanzeröse Läsionen in der Gebärmutter ALB / IDUA Leberzellen NCT02702115 HPV E7 Epithelzellen NCT02800369 ZFN ex vivo in vivo Krankheit ZFN 22 Klinische Studien mit Gen-Scheren Plattform ex vivo in vivo Krankheit Ziel-Gen Editierter Zelltyp Studien-Nr. NCT00842634, NCT01044654, NCT01252641, NCT01543152, NCT02225665, NCT02388594 NCT02500849 HIV CCR5 CD4+ T-Zellen ZFN TALEN HIV CCR5 Blutstammzellen Leukämie (B-ALL) CD52, TCR CAR-T-Zellen CRISPR-Cas Solide Tumoren PD-1 T-Zellen Hämophilie B ALB / FIX Leberzellen NCT02808442 NCT02793856, NCT02867345, NCT02863913, NCT02867332 NCT02695160 Mukopolysaccharidose I (MPSI) HPV-induzierte präkanzeröse Läsionen in der Gebärmutter ALB / IDUA Leberzellen NCT02702115 HPV E7 Epithelzellen NCT02800369 ZFN 23 HIV-Epidemiologie Anzahl HIV-positiver Personen Western & Central Europe North America ~83.000 in D (RKI 2015) Eastern Europe & Central Asia 860 000 1.3 million 1.3 million East Asia 880 000 Middle East & North Africa Caribbean 260 000 250 000 South & South-East Asia 3.9 million Sub-Saharan Africa Latin America 1.5 million 25.0 million Oceania 51 000 Quelle: www.who.int geschätzt 35 Millionen (WHO 2012) 24 Neu ca. 3.200 / Jahr ✝ ca. 500 / Jahr HIV Infektionszyklus CCR5 CD4 25 „HAART“ Therapie der HIV-Infektion Nachteile: Lebenslange Einnahme der Medikamente Nebenwirkungen Chronische Entzündungen Krebs Kardiovaskuläre Erkrankungen Neurologische Erkrankungen Kürzere Lebenserwartung (~10 Jahre) Quelle: www.crine.org 27 Resistenz gegen HIV-Infektion Entry-Inhibitoren – Natürliche Resistenz – Gen-Chirurgie HIV T-Zelle CD4 CD4 X ∆32 CCR5 CCR5 CD4 X T-Zelle T-Zelle ∆32 infiziert Entry-Inhibitor Blockiert CCR5 Schützt vor Infektion Natürliche Resistenz Mutation in CCR5 Sehr selten (1% in EU) 28 Heilung von HIV-Patienten Von der natürlichen zur induzierten HIV-Resistenz “The Berlin Patient" Quelle: Hütter et al., NEJM 2009 29 Heilung von HIV-Patienten Von der natürlichen zur induzierten HIV-Resistenz 30 Heilung von HIV-Patienten Von der natürlichen zur induzierten HIV-Resistenz 31 Resistenz gegen HIV-Infektion Entry-Inhibitoren – Natürliche Resistenz – Gen-Chirurgie HIV ∆32 CD4 X CD4 CD4 CCR5 CD4 X KO T-Zelle CCR5 CCR5 CD4 X T-Zelle T-Zelle T-Zelle ∆32 infiziert Entry-Inhibitor Blockiert CCR5 Schützt vor Infektion Gen-Chirurgie Ausschalten von CCR5 Resistenz gegen HIV 32 Natürliche Resistenz Mutation in CCR5 Sehr selten (1% in EU) Schöne neue Gentechnik mit Genscheren gegen HIV und Krebs Dr. Markus Hildenbeutel Institut für Zell- und Gentherapie Klinische Studien mit Gen-Scheren Plattform Ziel-Gen Editierter Zelltyp Studien-Nr. NCT00842634, NCT01044654, NCT01252641, NCT01543152, NCT02225665, NCT02388594 NCT02500849 HIV CCR5 CD4+ T-Zellen HIV CCR5 Blutstammzellen TALEN Leukämie (B-ALL) CD52, TCR CAR-T-Zellen CRISPR-Cas Solide Tumoren PD-1 T-Zellen Hämophilie B ALB / FIX Leberzellen NCT02808442 NCT02793856, NCT02867345, NCT02863913, NCT02867332 NCT02695160 Mukopolysaccharidose I (MPSI) HPV-induzierte präkanzeröse Läsionen in der Gebärmutter ALB / IDUA Leberzellen NCT02702115 HPV E7 Epithelzellen NCT02800369 ZFN ex vivo in vivo Krankheit ZFN 34 Gen- / Immuntherapie bei Leukämie Tumorzellen verstecken sich vor dem Immunsystem Dentritische Zelle Lymphozyten Quelle: Frontiers in Oncology Tumorzellen 35 Gen- / Immuntherapie bei Leukämie Tumorzellen verstecken sich vor dem Immunsystem Traditionelle Therapiemethoden: Chirurgische Tumorentfernung Chemotherapie Bestrahlung Nachteile: Begrenzte Wirksamkeit vor allem bei Tumoren in späten Stadien Quelle: Frontiers in Oncology 36 Gen- / Immuntherapie bei Leukämie T-Zell Rezeptor vs. Chimäre Antigen Rezeptoren Antigenerkennung (via HLA) Signaling – „töte Angreifer“ 37 Gen- / Immuntherapie bei Leukämie T-Zell Rezeptor vs. Chimäre Antigen Rezeptoren T-Zell Rezeptor Antikörper vs. T-Zell Rezeptor Ähnliche Struktur Unterschiedliche Erkennungsmodi 38 Gen- / Immuntherapie bei Leukämie T-Zell Rezeptor vs. Chimäre Antigen Rezeptoren 39 Erfolgreiche Therapie bei Blutkrebs CAR-T-Zellen gegen die B-Zell-Leukämie Isolation T-Zellen GenTransfer Transfer T-Zellen Quelle: Thomas Schirrmann Genetisch modifizierte T-Killerzelle Quelle: Wikipedia Autolog: Spender = Empfänger CAR: chimärer Antigen-Rezeptor Emily Whitehead Quelle: www.emilywhitehead.com 40 CAR-Immuntherapie von der Stange Inaktivieren des T-Zell-Rezeptors (TCR) = kein Erkennen von „fremd“ Allogen: Spender ≠ Empfänger Autolog: Spender = Empfänger 41 CAR-Immuntherapie von der Stange Inaktivieren des T-Zell-Rezeptors (TCR) = kein Erkennen von „fremd“ Allogen: Spender ≠ Empfänger Autolog: Spender = Empfänger 42
