Quand l’outil CRISPR révolutionne la médecine moderne

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En plein essor depuis 2012, la technique d’ingénierie génétique CRISPR révolutionne actuellement le monde biomédical par sa capacité à cibler et couper avec précision n’importe quelle séquence génétique [1]. Si d’autres technologies permettent aussi d’éditer le génome, CRISPR s’impose peu à peu comme la technique phare en raison de sa facilité d’utilisation, de son coût réduit et de son développement plus accessible que les techniques antérieures.

CRISPR et la thérapie génique corrective in situ

L’une des applications médicales les plus attendues avec CRISPR est la correction au sein de l’organisme d’anomalies génétiques responsables de maladies graves. En agissant directement sur le défaut génétique dans cellules touchées, les outils d’édition génétique comme CRISPR apportent une solution aux problèmes historiques de maintien de la correction sur le long terme et de régulation physiologique du gène corrigé.

Très récemment, CRISPR a déjà été utilisé avec succès in vivo chez des souris ou rats modélisant des maladies génétiques graves affectant les muscles (la myopathie de Duchenne) [2], le foie (la tyrosinémie) [3] ou encore les yeux (la rétinite pigmentaire héréditaire) [4]. Dans ces études, les symptômes des animaux modèles ont pu être partiellement soulagés grâce à la correction génétique par CRISPR de la mutation au sein des organes touchés.

Néanmoins, l’acheminement de CRISPR dans les cellules pathologiques reste une difficulté. A cet obstacle s’ajoute le risque d’effets indésirables de CRISPR, qui constitue un frein majeur au développement clinique. CRISPR agit à la manière de « ciseaux moléculaires » à ADN, censés exciser une mutation génétique pour pouvoir ensuite la remplacer par la bonne séquence génétique. Il est donc indispensable de s’assurer que le système n’effectue pas de coupures non spécifiques dans l’ADN préjudiciables pour l’organisme.

Dans les derniers mois, plusieurs équipes de recherche ont amélioré les « ciseaux moléculaires » pour gagner en précision, ce qui réduit fortement ce risque d’effets indésirables [5]. L’évaluation de ces coupures non spécifiques et des réarrangements chromosomiques potentiels a aussi progressé [6]. Malgré ces avancées, il n’y a pas encore d’essai clinique de correction génétique in situ impliquant l’outil CRISPR (contrairement aux techniques plus matures des nucléases à doigt de zinc et des TALENs qui font déjà l’objet d’essais cliniques en phase I et II).

Certaines entreprises de biotechnologies dont Editas Medicine se sont lancées sur ces thématiques et les essais cliniques pourraient voir le jour rapidement. Cette start-up, fondée par le Pr Zhang - un des développeurs de CRISPR, travaille notamment sur un traitement d’une forme de cécité congénital (l’Amorause de Leber) et envisage des essais cliniques d’ici 2017 [7].

CRISPR et la thérapie cellulaire personnalisée ex-vivo

Outre ces approches classiques de thérapie génique in vivo, CRISPR se greffe également à des approches ex-vivo, où des cellules de patients sont isolées, modifiées génétiquement en laboratoire avec CRISPR de manière spécifique à chaque patient et puis réinjectées dans l’organisme. Avec les approches ex-vivo, l’efficacité de la modification génétique et l’absence d’effets néfastes peuvent ainsi être vérifiées avant de réintroduire ces cellules-médicaments chez les patients.

CRISPR et les cellules T-CAR : reprogrammer le système immunitaire pour traquer les cellules tumorales

En cancérologie, CRISPR serait particulièrement intéressant dans le cadre d’un nouveau type de thérapie innovante : les cellules T-CAR, des cellules immunitaires spécifiques reprogrammées pour cibler et éliminer des cellules cancéreuses du système immunitaire.

La production des T-CAR se fait en isolant puis en reprogrammant génétiquement in vitro certaines cellules immunitaires issues du patient pour ensuite lui réinjecter ce "médicament" sur mesure (approche ex-vivo). Jusqu’à présent, le remaniement génétique des T-CAR reposait sur d’autres outils d’ingénierie génétique. La venue de CRISPR promet de faciliter le développement de cette approche et notamment son application à d’autres types de cancers.

Les entreprises américaines se sont déjà engagées dans cette voie associant T-CAR et CRISPR : le géant pharmaceutique Novartis a, dès janvier 2015, passé un accord sur l’exploitation de CRISPR pour l’ingénierie des T-CAR avec la start-up Intellia Therapeutics, fondée par Jennifer Doudna -la co-découvreuse de CRISPR. Juno therapeutics (Seattle, WS) et Editas Medicine (Cambridge, MA) ont également annoncé récemment qu’ils mettraient en commun leur expertise, respectivement dans le domaine des T-CAR et de l’outil CRISPR [8].

CRISPR et la lutte contre les virus : rendre les cellules résistantes à l’infection et nettoyer les virus latents

Dans la lutte contre les virus, des approches thérapeutiques utilisant l’ingénierie génétique sont déjà développées. L’entreprise américaine Sangamo Biosciences [9] a, par exemple, recours aux nucléases à doigts de zinc pour rendre non fonctionnel le gène codant le récepteur CCR5 nécessaire à l’entrée cellulaire du virus responsable du SIDA. Les cellules ainsi modifiées sont résistantes à l’infection par le VIH. Ce type de stratégie est actuellement développé avec CRISPR au niveau pré-clinique par d’autres équipes [10].

A ces procédés s’ajoute une approche encore plus novatrice : la possibilité grâce à CRISPR d’éliminer les morceaux d’ADN viral directement au sein des cellules infectées pour se débarrasser de ces virus latents. La preuve de concept a déjà été réalisée pour le virus de l’hépatite B [11] et le VIH [12] respectivement in vivo sur des modèles animaux et in vitro sur des cellules humaines par des équipes taiwanaises et américano-japonaises.

CRISPR et les cellules souches pluripotentes induites : l’explosion des thérapies cellulaires sur mesure
Encore plus que pour les thérapies ex-vivo évoquées, limitées par la nécessité d’isoler les cellules ciblées chez le patient, le potentiel thérapeutique de l’outil CRISPR se révèle pleinement lorsqu’il est associé aux dernières évolutions technologiques du champ des cellules souches.

En effet, depuis 2007, les chercheurs sont en mesure de transformer certaines cellules de la peau par exemple en cellules pluripotentes nommées iPSC – induced pluripotent stem cells, qui sont ensuite différenciables en de nombreux types cellulaires.

La combinaison des iPSCs avec CRISPR démultiplie les possibilités thérapeutiques notamment pour des maladies difficilement traitables. Dans le cas de patients atteints d’une maladie touchant les cellules sanguines, la béta-thalassémie, il devient ainsi envisageable de produire des usines cellulaires à globules rouges sains à partir de certaines cellules de la peau de patients. La preuve de concept a été réalisée in vitro récemment [13]. Cependant la transplantation de ces cellules dans l’organisme –pour l’instant chez des modèles animaux- se heurte à des obstacles techniques.

CRISPR et l’optogénétique : une piste dans le traitement fonctionnel de maladies neuronales

Enfin, CRISPR promet de révolutionner également les traitements de pathologiques neurologiques en particulier en s’associant avec une autre technologique récente : l’optogénétique. Actuellement à l’étude dans le traitement fonctionnel de certaines pathologies neurologiques (comme les douleurs chroniques ou encore la maladie d’Alzheimer), l’optogénétique permet d’activer ou d’inhiber des cellules nerveuses, préalablement modifiés génétiquement, au moyen de rayons lumineux [14], [15]. CRISPR pourrait ainsi assurer cette étape de modification génétique indispensable au fonctionnement de l’optogénétique.

Qui pourra bénéficier de ces thérapies « miraculeuses » ?

Actuellement, le coût d’une thérapie génique (in vivo ou ex-vivo) si elle est disponible, est extrêmement élevé. Glybera, le premier traitement de thérapie génique corrective approuvé par l’Union Européeenne (en 2012, pour traiter une forme de dyslipidémie très rare) serait ainsi commercialisé prochainement à un prix dépassant le million d’euro par patient [16]. Les traitements pour soigner certaines leucémies à l’aide de cellules T-CAR atteignent des coûts supérieurs à 150 000 € alors même qu’il ne s’agit encore que d’essais cliniques expérimentaux et non de produits commerciaux.

Bien que CRISPR puisse peut-être alléger le développement clinique en raison de sa facilité d’utilisation et de son coût moindre et mener à une diminution de ces coûts à terme, il est probable que ces traitements restent inaccessibles à une grande partie de la population. La question de l’accès à ces thérapies, parfois décrites comme miraculeuses, et en particulier de leur prise en charge par les systèmes d’assurance santé publique ou privée reste ainsi en suspens [17].

Conclusion

Dans le domaine médical, on assiste actuellement à une véritable révolution portée par les outils d’édition du génome et en particulier par CRISPR. La majorité des pistes présentées ici ont été développées dans les derniers mois, soulignant le rythme extrêmement rapide de cette transformation.
Cette dynamique est portée autant par les entreprises biotechnologiques que par les organismes de financement de la recherche publique. Ainsi, le National Institutes of Health – NIH, a annoncé en novembre dernier, qu’il consacrerait près de 48 millions de dollars pour la création d’un nouvel institut qui se focalisera sur les thérapies cellulaires personnalisées associant les cellules pluripotentes induites (iPSCs) et des techniques d’édition du génome [18].
Les grands acteurs de la recherche l’ont bien compris : la découverte de CRISPR marque un tournant dans l’histoire de la médecine. Les premiers résultats concrets des essais cliniques utilisant l’outil CRISPR sont attendus d’ici quelques années.


Rédacteurs :
- Flora Plessier, Attachée adjointe pour la Science et la Technologie, Atlanta, deputy-univ@ambascience-usa.org
- Gabrielle Mérite, Attachée adjointe pour la Science et la Technologie, Los Angeles, deputy-sdv.la@ambascience-usa.org