Dengan mengedit formula gen, peneliti AS dapat menyembuhkan gangguan darah janin tikus. Terobosan ini membuka jalan baru mengatasi anemia dan thalassemia, atau masalah kesehatan lain terkait darah manusia.
Dengan upaya gabungan dari tiga laboratorium Universitas Yale, para peneliti Amerika telah melakukan demonstrasi pertama teknik editing gen spesifik lokasi pada janin tikus percobaan. Ini langkah baru untuk memperbaiki mutase gen yang menyebabkan bentuk anemia yang parah.
Edit Gen Darah
Terobosan baru itu dikupas jurnal Nature Communications edisi 26 Juni 2018. Teknik ini melibatkan injeksi intravena partikel nano dengan menggunakan kombinasi DNA donor dan molekul sintetis yang dikenal sebagai asam nukleat peptida (PNAs). PNA, yang merupakan homolog atau tiruan DNA, berikatan dengan gen target dan membentuk triple helix – kondisi menyimpang yang memicu adanya mekanisme perbaikan sel. Sebagai bagian dari proses ini, DNA donor yang sehat – dipasangkan dengan PNA dalam partikel nano – digunakan untuk memperbaiki mutasi gen jaringan darah.
Dalam penelitian tim Yale, paket penyuntingan gen ini disuntikkan ke janin tikus. Pada empat bulan setelah lahir, ternyata tikus-tikus itu telah sembuh dari penyakit thalassemia, suatu kelainan bawaan dalam membawa sel-sel darah merah yang membawa oksigen.
“Tikus yang mendapat perlakuan memiliki jumlah darah normal, limpa mereka kembali ke ukuran normal, dan mereka hidup dalam rentang hidup normal – sedangkan, yang tidak mendapat perlakukan meninggal jauh lebih awal,” kata Peter M. Glazer, MD, profesor radiologi terapeutik dan genetika, yang mengembangkan teknik menggabungkan PNA dan DNA untuk memperbaiki mutasi gen. “Jadi teknologi baru ini memiliki manfaat kelangsungan hidup jangka panjang, yang cukup dramatis.”
Distribusi partikel nano dalam kotoran janin tikus setelah pengobatan partikel nano intravena. Area hijau, kuning, dan merah yang intens menunjukkan konsentrasi yang lebih tinggi. Akumulasi partikel nano tertinggi di setiap tikus ada di hati janin.
Menyembuhkan Gangguan Darah
Menggunakan partikel nano untuk pengiriman sangat penting, kata para peneliti. Ketika disuntikan secara intravena tanpa partikel nano, PNA dibersihkan dari sirkulasi dalam waktu sekitar 30 menit. Ketika partikel nano dikirim dan diambil oleh sel, mereka dapat bertahan lebih lama. Mark Saltzman, profesor teknik biomedis dari Yale’s Goizueta Foundation, membuat partikel nano dengan polimer terdegradasi dan merancangnya cukup kecil – berdimensi 200 hingga 300 nanometer – hingga terakumulasi di hati janin, di mana sel-sel induk terletak sebelum bermigrasi ke sumsum tulang.
Dalam penelitian sebelumnya, para peneliti mendapatkan hasil yang menjanjikan ketika mereka melakukan prosedur serupa pada tikus dewasa. Dengan mengedit gen pada janin untuk studi baru, para peneliti dapat lebih meminimalkan jumlah kerusakan gen yang disebabkan oleh penyakit.
“Orang-orang yang menderita thalassemia, mereka semakin lama menjadi semakin sakit ketika mereka tumbu karena mereka tidak memiliki fungsi sel darah merah yang normal, dan kondisi seperti ini akan semakin sulit untuk diobati,” kata Saltzman. “Di sini, kami bermaksud mengoreksi gen ini pada tahap awal dalam pengembangan, sebagai upaya untuk menarik lebih banyak manfaat dalam terapi dan pencegahan penyakit kelainan darah.”
Satu keuntungan dari teknik ini, kata para peneliti, adalah bahwa hal itu dapat dilakukan pada hewan hidup, sementara prosedur penyuntingan gen lainnya sebagian besar terbatas pada sel-sel dalam cawan petri. Tidak seperti teknologi seperti CRISPR – sering disebut sebagai “gunting genetik” – teknik peneliti Yale adalah proses kimia, sehingga perbaikan gen yang ditargetkan lebih tepat dan menghasilkan lebih sedikit efek off-target (salah sasaran).
Dua tantangan yang dihadapi para peneliti adalah ukuran kecil dari target mereka dan memastikan terapi akan berhasil dengan hanya satu suntikan, karena beberapa suntikan ke janin sangat meningkatkan risiko bahaya. Untuk ini, David H Stitelman MD, asisten profesor bedah anak, mengerahkan sejumlah keahliannya dalam mengakses sel induk janin.
“Anda harus menangkap sel-sel ini ketika mereka berada dalam keadaan proliferasi besar-besaran, jadi ini benar-benar kesempatan sekali dalam seumur hidup,” kata Stitelman.
Penulis pertama studi tersebut adalah Adele Ricciardi. PhD biogenetika Yale University ini mengatakan, tim sekarang sedang mengkaji bagaimana teknik biomedika dapat dimanfaatkan untuk mengobati gangguan gen tunggal pada kelainan genetis lainnya, seperti cystic fibrosis dan sickle cell.
“Kami berharap, Teknik baru biogenetika dapat menurunkan risiko kelainan darah pada bayi baru lahir, yang kelak akan memiliki berdampak besar pada kehidupan anak itu serta keluarganya kelak,” kata Ricciardi.
Selain Adele Ricciardi, peneliti lain yang terlibat adalah Raman Bahal, James S. Farrelly, Elias Quijano, Anthony H. Bianchi, Valerie L. Luks, Rachael Putman, Francesc Lopez-Giraldez, Suleyman Coskun, Eric Song, Yanfeng Liu, Wei-Che Hsieh, dan Danith H Ly. Mereka menulis publikasi berjudul: “In utero nanoparticle delivery for site-specific genome editing” dalam Nature Communications, volume 9, nomor artikel 2481 (2018)
Tripel Heliks
Illustration Tripel Heliks by Maya Szatai
Tahun sebelumnya, Adele Ricciardi dan koleganya sudah mengembangkan metode editing gen sebagai satu solusi baru unuk mencegah penyakit genetik. Dia menavigasi koridor dan tangga genetika yang disebut Hunter Building di School of Medicine Yale University,
“Ketika masuk sekolah kedokteran, saya ingin menemukan penelitian yang bersifat translasi, menjembatani kesenjangan antara ilmu pengetahuan dasar dan obat-obatan,” kata Ricciardi. Untuk itu, dia menghabiskan hari-harinya di tiga laboratorium yang berbeda, menjembatani kesenjangan dan menerjemahkan penelitian listas disiplin dan listas kampus — seraya mengejar MD biomedis dan PhD biogenetika.
Karya Ricciardi tentu saja beraneka ragam dalam lansekap penelitian medis pada umumnya dan Sekolah Kedokteran khususnya. Penelitian kolaboratif antara laboratorium Ricciardi dengan koleganya telah menghasilkan teknik editing gen yang lebih tepat daripada CRISPR / Cas9 yang dulu hadir. Dia mengembangkan kendaraan nanoscopic untuk mengidentifikasi dan mengatasii penyakit genetik. Inovasinya disebut triple helix, dikembangkan Bersama Peter M. Glazer dan Robert E. Hunter. Mereka profesor radiologi terapeutik dan profesor genetika. Triple helix adalah buah kolaborasi riset selama satu decade terakhir.
Pada tahun 2009, Joanna Chin MD PhD, mempresentasikan penelitiannya tentang triple helix pada pertemuan MD/PhD tahunan. Menurutnya, pengeditan DNA cukup menjanjikan, tetapi mengangkutnya dengan aman ke dalam sel merupakan tantangan yang sulit dipecahkan. Nicole Ali McNeer kemudian menawarkan solusi penggunaan partikel nano yang dapat menghasilkan molekul kompleks — seperti DNA — langsung ke jantung sel.
“Semua orang menyadari ini adalah hasil sinergi yang sempurna,” kata Glazer, yang merupakan kolega utama Chin. Dalam delapan tahun sejak pertemuan kebetulan Chin dan McNeer, sinergisme telah berkembang untuk menghasilkan banyak makalah dan melibatkan lebih banyak peneliti. “Ini adalah kerja sama yang sangat produktif,” kata W Mark Saltzman, PhD dan pofesor Institut Biomedis dan Teknik Kimia Goizueta, serta profesor fisiologi seluler dan molekuler, yang merupakan kolega utama McNeer.
Triple helix telah digunakan untuk memperbaiki mutasi penyebab thalasemia tikus percobaan. “Kami menyembuhkan tikus anemia,” kata Glazer. “Kami melakukan empat suntikan partikel nano, dan 30 hari kemudian, mereka sembuh.” Awalnya, teknologi ini kurang aktif daripada pengeditan umum CRISPR / Cas9, hanya memperbaiki sekitar 5% sel target, sementara CRISPR dapat bertindak dalam 30 – 50 %. Namun, efek off-target (menciptakan mutasi yang tidak diinginkan di tempat lain dalam genom) jauh lebih rendah dalam triple helix daripada di CRISPR — 10.000 hingga 100.000 kali lipat lebih rendah. Dalam dua tahun, dia beharap triple helix sudah lolos uji klinis.
Dedi Junaedi
