CRISPR cas9 - Bộ công cụ sửa gen, ứng dụng trong nghiên cứu điều trị ung thư

Bài viết được viết bởi Thạc sĩ, Bác sĩ Đoàn Trung Hiệp - Trưởng khoa Xạ trị, Trung tâm Xạ trị - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Times City

CRISPR-cas9 do Jennifer Doudna, Đại học California tại Berkeley, USA và Emmanuelle Charpentier, sinh ra tại Pháp, hiện nay làm việc tại Đại học Y khoa Hannover, Đức và Đại học Umea – Thụy Điển là hai nữ khoa học gia phát triển công cụ này.

CRISPR là viết tắt của cụm từ Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, bản chất là một nhóm chuỗi DNA tìm thấy trên bộ gen của sinh vật nhân nguyên thủy như vi khuẩn, cổ vi sinh vật.

Trước khi có kỹ thuật CRISPR, điều trị bằng can thiệp gene - genotheray thường dùng virus như vector (vật mang) mang vật liệu di truyền (thường DNA) để “nhiễm vào tế bào có gien lỗi). Và rủi ro của việc dùng virus mang gien nhiễm vào tế bào bệnh là việc độ chính xác của công việc mà virus được giao, và nếu anh virus này nổi loạn “sửa lợn lành thành lợn què” thì hậu quả khôn lường lắm.

Bộ CRISPR gồm 3 thành phần: Một bộ mã RNA bắt cặp đặc hiệu với phần đoạn gen đích cần sửa; một enzyme (bản chất là một protein được gọi là cas-protein làm trợ lý của CRISPR cas = CRISPR-associated); và một đoạn gen mẫu cần thay thế cho đoạn gen lỗi sẽ bị cắt bỏ.

• Bước “tìm bạn”: bộ mã RNA tìm và bắt cặp với một mảnh DNA cần sửa.
• Bước cắt bỏ đoạn lỗi: Men cas cắt bỏ đoạn lỗi trong DNA cần sửa.
• Bước chèn ghép đoạn DNA mẫu: CRISPR chèn đoạn DNA thay thế đoạn lỗi đã bị cắt đi

Toàn bộ quá trình được minh họa bằng ảnh chụp màn hình đăng trên Thời báo Los Angeles như dưới đây.

>>> Tìm hiểu về hệ thống chỉnh sửa hệ gen CRISPR

Xem thêm >> Các ứng dụng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới hiệu năng cao (NGS)

Bác sĩ Lou Staudt gọi CRISPR-cas9 là một công nghệ biến hình, khi chúng ta biết được những phân tử truyền tín hiệu trong tế bào bị bất thường, chúng ta có thể nghĩ đến việc sửa gien sinh ra phân tử đó và có thể sản xuất thuốc chữa ung thư.

Lab của Bác sĩ Lou sử dụng CRISPR để xác định các phân tử có thể phát triển thành thuốc điều trị ung thư: lab thuộc trung tâm nghiên cứu ung thư thuộc viện ung thư quốc gia Hoa Kỳ (NCI) đang xây dựng thư viện gồm 9000 gen có khả năng phát triển thành thuốc (potentially druggable genes). Lab của ông đang tìm những gene cần thiết cho quá trình tăng sinh và sinh tồn của tế bào ung thư lympho, dùng CRISPR để có thể ức chế các gen gây tăng sinh và kích thích các gen gây chết tế bào theo chương trình hoạt động để kiểm soát tế bào ung thư.

CRISPR khác các công cụ sửa gen thế hệ cũ ở đặc điểm cơ bản là các công cụ sửa gen thế hệ cũ chỉ có thể ức chế hoạt động của gen bị sửa, còn CRISPR có cả khả năng đó và thêm khả năng có thể tăng cường hoạt động của gen được sửa.

CRISPR còn được dùng để hiểu quá trình một tế bào lành biến thành tế bào ung thư, tế bào ung thư tiến hóa để lẩn tránh hệ miễn dịch, kháng lại các biện pháp điều trị. CRISPR có thể giúp tìm và khóa gen trong tế bào ung thư tham gia cơ chế kháng thuốc, hoặc tăng nhạy cảm của tế bào ung thư với thuốc.

Chúng ta hình dung nếu dùng được CRISPR khóa gen gây kháng hóa chất và/hoặc xạ trị rồi dùng hóa chất/xạ trị với liều thấp hơn hiện nay vẫn có thể chữa khỏi ung thư với độc tính gần như không đáng kể? Hoặc, CRISPR có thể biết được trước cơ chế kháng thuốc điều trị, và loài người chủ động phát triển các thuốc tiếp theo sớm để quản lý bệnh ung thư chủ động hơn?

• 6/11/2019: hai bệnh nhân ung thư đầu tiên được thử nghiệm dùng CRISPR ( 01 bệnh nhân đa u tủy xương, 01 bệnh nhân ung thư mô mềm). Bs Edward Stadtmanuer thuộc Đại học Pennsylvania, nghiên cứu viên chính, giáo sư Trung tâm ung thư cho biết, nghiên cứu đang thử nghiệm chỉ đánh giá tính khả thi và an toàn của liệu pháp tế bào đã được biến đổi gen bằng công cụ CRISPR (CRISPR-generated gene cell) truyền cho bệnh nhân ung thư. CRISPR có thể biến đổi bộ gen tế bào miễn dịch trong cơ thể bệnh nhân ung thư thành siêu quyền lực, có “hỏa lực” mạnh để tấn công, tiêu diệt tế bào ung thư, tăng khả năng sinh sản cũng như thời gian sống trong cơ thể lâu hơn để tiêu diệt được nhiều tế bào ung thư hơn. Hàng trăm triệu tế bào miễn dịch đã được sửa gien này đóng vai trò là thuốc sống trong cơ thể bệnh nhân để tiêu diệt tế bào ung thư. Các bệnh nhân được truyền tế bào vào tháng 1,4,8 cho đến thời điểm báo cáo 11/2019 bệnh nhân không có triệu chứng đáng kể nào của tác dụng phụ. Bước tiếp theo của thử nghiệm đã được tiến hành trên 18 bệnh nhân ung thư (sẽ chọn ung thư hắc tố, ung thư mô mềm, hoặc đa u tủy xương). Laurie Zoloth - Nhà đạo đức học y-sinh thuộc Đại học Chicago, thành viên phản biện trong Hội đồng đạo đức y sinh của Viện sức khỏe quốc gia Hoa Kỳ (NIH) ủng hộ những thành công ban đầu của nghiên cứu và có lưu ý rằng “hãy tiến hành thử nghiệm một cách thận trọng trên nhóm nhỏ bệnh nhân và KHÔNG được phóng đại những thành tựu, phải nói đúng thực tế mà phương pháp này bộc lộ trên thực tế bệnh nhân thử nghiệm”.

Ngoài Đại học Pennsylvania, còn có khoảng 5-6 thử nghiệm dùng CRISPR để điều trị một số bệnh/rối loạn tại Châu Âu, Mỹ, Canada.

1. 02 thử nghiệm đang được tiến hành bởi sự hợp tác của CRISPR Therapeutic of Cambridge, MA và Vertex Pharmaceuticals, MA, USA điều trị hai bệnh lý rối loạn huyết học là bệnh tế bào sickle (Sicle cell disease) và bệnh beta-thalassemia. Bệnh nhân beta-thalassemia đầu tiên được điều trị bằng áp dụng CRISPR tại Đức, bệnh nhân thứ 2 cũng tại Đức, các bệnh nhân sau tại London, Toronto...Những bệnh nhân bệnh tế bào Sickle cell sẽ được truyền tế bào đã sửa gen dùng CRISPR tại San Antonio, New York, Nashville.
2. Có 01 thử nghiệm nữa đang tiến hành để điều trị bệnh mù di truyền được tài trợ bởi công ty Editas Medicine at Boston, MA. Đây là thử nghiệm đầu tiên sử dụng CRISPR sửa gen ngay tại những tế bào vẫn đang nằm trong cơ thể người bệnh (các thử nghiệm trên bệnh nhân ung thư là lấy tế bào miễn dịch của bệnh nhân ra rồi sửa gien, sau đó truyền lại cho bệnh nhân, quá trình sửa gen được tiến hành trong phòng thí nghiệm).
3. Một số thử nghiệm điều trị ung thư khác đã và đang được tiến hành tại các trung tâm ung thư thuộc Texas, New York.
4. Trung Quốc ngấm ngầm dùng CRISPR thử nghiệm điều trị ung thư đã nhiều năm và chưa công bố bất cứ thông tin gì.

CRISPR vẫn đang phải thử nghiệm nhóm nhỏ, cần chờ thời gian xem nó có thực sự làm việc và có thể ứng dụng rộng rãi hay không? Chờ ít nhất 01 năm cho đến 2020 để biết tính khả thi và an toàn của CRISPR trong các liệu pháp thử nghiệm điều trị ung thư.

Lạm dụng CRISPR tạo ra “người nhân bản”: Jiankui đã dùng CRISPR tạo ra cặp song sinh bị sửa gien thành người MIỄN NHIỄM với HIV/AIDS. Sau công bố 2018 này của nhà khoa học Trung Quốc, một nhóm 18 nhà khoa học và nhà đạo đức y sinh từ 7 quốc gia đã gửi thư phản đối và yêu cầu nỗ lực của cộng đồng nhà làm luật, nhà nghiên cứu toàn cầu kiểm soát và ngăn chặn việc lạm dụng CRISPR trong sửa gien bào thai, hợp tử để “sản xuất” người nhân bản cũng như những sử dụng CRISPR vào mục đích phi nhân đạo/phản y khoa.

Bài viết tham khảo nguồn:

1. https://www.npr.org/sections/health-shots/2019/04/16/712402435/first-u-s-patients-treated-with-crispr-as-gene-editing-human-trials-get-underway
2. https://www.npr.org/sections/health-shots/2019/11/06/776169331/crispr-approach-to-fighting-cancer-called-promising-in-1st-safety-test
3. https://www.npr.org/sections/health-shots/2019/03/13/701549223/call-for-global-moratorium-on-creating-gene-edited-babies
4. https://www.npr.org/2019/02/05/690828991/gene-editing-scientists-actions-are-a-product-of-modern-china