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Terapia mitocondriale sostitutiva

La terapia sostitutiva mitocondriale ( MRT , talvolta chiamata donazione mitocondriale ) è la sostituzione dei mitocondri in una o più cellule per prevenire o migliorare la malattia. La MRT è nata come una forma speciale di fecondazione in vitro in cui parte o tutto il DNA mitocondriale del futuro bambino proviene da una terza parte. Questa tecnica viene utilizzata nei casi in cui le madri portano geni per malattie mitocondriali. La terapia è approvata per l'uso nel Regno Unito. Una seconda applicazione consiste nell'utilizzare i mitocondri autologhi per sostituire i mitocondri nei tessuti danneggiati per ripristinare il tessuto a uno stato funzionale. Questo è stato usato nella ricerca clinica negli Stati Uniti per trattare i neonati con compromissione cardiaca.

Usi medici

Fecondazione in vitro

La terapia sostitutiva mitocondriale è stata utilizzata per prevenire la trasmissione di malattie mitocondriali da madre a figlio; potrebbe essere eseguito solo in cliniche autorizzate dalla Human Fertilization and Embryology Authority del Regno Unito (HFEA), solo per le persone che hanno approvato individualmente l'HFEA, per le quali è improbabile che la diagnosi genetica preimpianto sia utile e solo con il consenso informato che i rischi e i benefici sono non ben compreso.

Mutazioni rilevanti si riscontrano in circa lo 0,5% della popolazione e la malattia colpisce circa uno su 5000 individui (0,02%) - la percentuale di persone colpite è molto più piccola perché le cellule contengono molti mitocondri, solo alcuni dei quali sono portatori di mutazioni, e il numero di mutati i mitocondri devono raggiungere una soglia per colpire l'intera cellula e molte cellule devono essere colpite affinché la persona mostri la malattia.

Il numero medio di nascite all'anno tra le donne a rischio di trasmissione della malattia da mtDNA è stimato a circa 150 nel Regno Unito e 800 negli Stati Uniti.

Prima dello sviluppo della MRT e in luoghi in cui non è legale o fattibile, le opzioni riproduttive per le donne che sono a rischio di trasmissione della malattia da mtDNA e che vogliono prevenire la trasmissione stavano usando un uovo di un'altra donna, adozione o mancanza di figli. : 45

Funzione del tessuto

I mitocondri autologhi estratti da tessuto sano e forniti a tessuto danneggiato sono stati usati per trattare i neonati con compromissione cardiaca. Le alternative all'approccio includono l'uso di un ossigenatore di membrana extracorporeo (ECMO) o un trapianto di tessuto / organo.

tecniche

Fecondazione in vitro e comporta la rimozione di uova da una donna, la rimozione di spermatozoi da un uomo, la fecondazione dell'uovo con lo sperma, permettendo all'uovo fecondato di formare una blastocisti e quindi impiantare la blastocisti. La MRT coinvolge un uovo aggiuntivo proveniente da una terza persona e manipola sia l'uovo ricevente sia l'uovo donatore.

A partire dal 2016 c'erano tre tecniche MRT: trasferimento del fuso materno (MST), trasferimento pronucleare (PNT) e, più recentemente, a partire da quella data, trasferimento del corpo polare (PBT). La tecnica originale, in cui il citoplasma prelevato da un uovo di donatore e contenente mitocondri, viene semplicemente iniettata nell'uovo ricevente, non viene più utilizzata .:46–47

Nella MST, un ovocita viene rimosso dal ricevente e quando si trova nella fase metafase II della divisione cellulare, il complesso fuso-cromosoma viene rimosso; parte del citoplasma lo accompagna, quindi probabilmente sono inclusi alcuni mitocondri. Il complesso fuso-cromosoma viene inserito in un ovocita donatore dal quale il nucleo è già stato rimosso. Questo uovo viene fecondato con lo sperma e può formare una blastocisti, che può quindi essere studiata con diagnosi genetica preimpianto per verificare la presenza di mutazioni mitocondriali, prima di essere impiantata nell'utero del ricevente .:47–48

Nel trasferimento pronucleare, un ovocita viene rimosso dal ricevente e fecondato con lo sperma. L'ovocita del donatore viene fecondato con lo sperma della stessa persona. I pronuclei maschili e femminili vengono rimossi da ciascun uovo fecondato prima della loro fusione e i pronuclei dall'uovo fecondato del ricevente vengono inseriti nell'ovulo fecondato dal donatore. Come con MST, una piccola quantità di citoplasma dall'uovo del donatore può essere trasferita e, come con MST, all'ovulo fecondato è permesso formare una blastocisti, che può quindi essere studiata con diagnosi genetica preimpianto per verificare la presenza di mutazioni mitocondriali, prima di essere impiantato nell'utero del ricevente. 50

Nel trasferimento del corpo polare, un corpo polare (una piccola cellula con pochissimo citoplasma che si crea quando una cellula uovo si divide) dal ricevente viene usato nella sua interezza, invece di usare materiale nucleare estratto dal normale uovo del ricevente; questo può essere usato in MST o PNT. Questa tecnica è stata pubblicata per la prima volta nel 2014 e dal 2015 non era stata replicata in modo coerente, ma è considerata promettente in quanto vi è una possibilità notevolmente ridotta di trasmettere mitocondri dal ricevente perché i corpi polari contengono pochissimi mitocondri e non comporta l'estrazione di materiale dall'uovo del destinatario.

Diagramma che mostra la creazione di corpi polari.

Trasferimento citoplasmatico

Il trasferimento citoplasmatico è stato originariamente sviluppato negli anni '80 nel corso della ricerca di base condotta con i topi per studiare il ruolo svolto da parti della cellula al di fuori del nucleo nello sviluppo embrionale. In questa tecnica, il citoplasma che comprende proteine, mRNA, mitocondri e altri organelli, viene prelevato da un uovo donatore e iniettato nell'uovo ricevente, risultando in una miscela di materiale genetico mitocondriale. Questa tecnica ha iniziato a essere utilizzata alla fine degli anni '90 per "potenziare" le uova di donne anziane che volevano concepire ma avevano problemi e hanno portato alla nascita di circa 30 bambini. Sono state sollevate preoccupazioni sul fatto che la miscela di materiale genetico e proteine ​​potrebbe causare problemi rispetto agli scontri epigenetici o differenze nella capacità del ricevente e dei materiali del donatore di influenzare il processo di sviluppo o a causa dell'iniezione del materiale del donatore. Dopo che tre bambini nati con la tecnica hanno riscontrato disturbi dello sviluppo (2 casi di sindrome di Turner e un caso di disturbo pervasivo dello sviluppo (un disturbo dello spettro autistico), la FDA ha vietato la procedura fino a quando uno studio clinico ha potuto dimostrare la sua sicurezza. tale studio non era stato condotto, mentre la procedura era in uso in altri paesi.

Un approccio correlato utilizza mitocondri autologhi prelevati da tessuti sani per sostituire i mitocondri nei tessuti danneggiati. Le tecniche di trasferimento comprendono l'iniezione diretta nel tessuto danneggiato e l'iniezione in vasi che forniscono sangue al tessuto.

rischi

La fecondazione in vivo tramite MRT comporta lo screening genetico preimpianto della madre, la diagnosi genetica preimpianto dopo la fecondazione dell'uovo e la fecondazione in vitro. Ha tutti i rischi di tali procedure .:60

Inoltre, entrambe le procedure utilizzate in MRT comportano rischi propri. Ad un livello, le procedure interrompono fisicamente due ovociti, rimuovendo il materiale genetico nucleare dall'uovo ricevente o dall'uovo fecondato e inserendo il materiale genetico nucleare nell'uovo donato non fertilizzato o fecondato; le manipolazioni per entrambe le procedure possono causare varie forme di danno che non sono state ben comprese a partire dal 2016.:23

I mitocondri materni saranno trasferiti all'uovo del donatore; a partire dal 2016 è stato stimato che utilizzando le tecniche correnti nel Regno Unito, i mitocondri materni includeranno solo circa il 2% o meno dei mitocondri nell'uovo risultante, un livello che è stato considerato sicuro dall'HFEA e nei limiti della variazione mitocondriale che la maggior parte delle persone have.:23-24

Poiché le procedure MRT comportano azioni in momenti precisi durante lo sviluppo e la fecondazione delle uova e comportano la manipolazione delle uova, esiste il rischio che le uova possano maturare in modo anomalo o che la fecondazione possa avvenire in modo anomalo; a partire dal 2016 l'HFEA ha ritenuto che le tecniche di laboratorio nel Regno Unito fossero state sufficientemente sviluppate per gestire questi rischi da procedere con cautela nel rendere disponibile la MRT .:33–34

Poiché i mitocondri nell'uovo finale provengono da una terza parte, diversi dalle due parti il ​​cui DNA è nel nucleo, e poiché i codici del DNA nucleare per i geni che producono alcune delle proteine ​​e l'mRNA usati dai mitocondri, esiste un rischio teorico di interazioni "mito-nucleari" avverse. Mentre questo rischio teorico potrebbe eventualmente essere gestito tentando di abbinare l'aplotipo del donatore e del destinatario, a partire dal 2016 non c'erano prove che fosse un rischio reale .:34–37

Infine, esiste il rischio di modifiche epigenetiche al DNA nel nucleo e nei mitocondri, causate dalla procedura stessa o da interazioni mitocucleari. A partire dal 2016 questi rischi sembravano minimi ma venivano monitorati da uno studio a lungo termine su bambini nati dalla procedura: 38

Storia

Negli Stati Uniti, nel 1996, l'embriologo Jacques Cohen e altri presso l'Institute for Reproductive Medicine and Science, presso il Saint Barnabas Medical Center di Livingston, nel New Jersey, per primi hanno usato il trasferimento citoplasmatico in una procedura di riproduzione assistita dall'uomo. Nel 1997 il primo bambino è nato usando questa procedura (Emma Ott). Nel 2001, Cohen e altri hanno riferito che 10 bambini single, due gemelli e un quadruplo nella sua clinica del New Jersey e altri sei bambini in Israele erano nati usando la sua tecnica. Usando le modifiche alla sua procedura, un bambino era nato alla Eastern Virginia Medical School, cinque bambini alla Lee Women's Hospital Infertility Clinic di Taichung, Taiwan. gemelli a Napoli, in Italia e due gemelli in India. In totale, nel 2016, 30-50 bambini in tutto il mondo erano stati nati usando il trasferimento citoplasmatico.

Nel 2002, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha chiesto a una riunione del comitato consultivo dei modificatori della risposta biologica di fornire consigli sulla tecnica del trasferimento citoplasmatico per trattare l'infertilità. Questo comitato ha ritenuto che esistessero rischi al momento del trasferimento involontario di cromosomi e di una maggiore sopravvivenza degli embrioni anomali. La FDA ha informato le cliniche di aver considerato la tecnica di trasferimento citoplasmatico come un nuovo trattamento e, come tale, avrebbe richiesto un'applicazione Investigational New Drug (IND). La clinica di Cohen ha avviato la domanda pre-IND, ma la clinica è diventata privata, i finanziamenti per la domanda si sono prosciugati, la domanda è stata abbandonata, il team di ricerca si è sciolto e la procedura di trasferimento citoplasmatico è fallita. Nel 2016, 12 (su 13) genitori di bambini nati con trasferimento citoplasmatico presso il Saint Barnabas Center hanno partecipato a un'indagine di follow-up limitata tramite questionario online. I bambini di età compresa tra 13 e 18 anni non hanno riportato problemi di rilievo.

Nel 2009, un team in Giappone ha pubblicato studi sulla donazione mitocondriale. Nello stesso anno, un team guidato da scienziati dell'Oregon Health & Science University ha pubblicato i risultati della donazione mitocondriale nelle scimmie; quella squadra ha pubblicato un aggiornamento che riportava la salute delle scimmie nate con la tecnica, nonché ulteriori lavori che aveva svolto sugli embrioni umani.

Prove umane sugli ovociti nel 2010 di Craven, et al. hanno avuto successo nel ridurre la trasmissione del mtDNA mutato. I risultati dello studio hanno rilevato che il carryover medio di tDNA è rimasto al di sotto del 2% in tutti gli embrioni sperimentali. Questo era vero per entrambi i metodi di trasferimento MI-SCC e PN di MTR. Questa ricerca non si è estesa oltre lo stadio della blastocisti a causa di preoccupazioni etiche, ma ci sono ancora dubbi sul fatto che i risultati recuperati dallo stadio di blastocisti siano rappresentazioni vitali di interi embrioni. A causa di queste speculazioni e per favorire la vitalità dell'MTR come tecnica sicura ed efficace, è necessario avviare ulteriori ricerche e studi clinici al fine di testare l'efficacia dell'MTR a lungo termine nei pazienti umani.

Nel Regno Unito, in seguito agli esperimenti sugli animali e alle raccomandazioni di un comitato di esperti commissionato dal governo, nel 2001 sono stati approvati i regolamenti sulla fertilizzazione umana e sull'embriologia (scopi della ricerca) che regolano e consentono la ricerca sugli embrioni umani. Nel 2004, l'Università di Newcastle ha richiesto una licenza per lo sviluppo del trasferimento pronucleare per evitare la trasmissione di malattie mitocondriali, e la licenza è stata concessa nel 2005. A seguito di ulteriori ricerche da parte di Newcastle e Wellcome Trust, revisione scientifica, consultazioni pubbliche e dibattito, il Il governo del Regno Unito ha raccomandato la legalizzazione della donazione mitocondriale nel 2013. Nel 2015 il parlamento ha approvato i regolamenti sulla fecondazione umana e sull'embriologia (donazione mitocondriale), entrati in vigore il 29 ottobre 2015, rendendo legale la donazione mitocondriale umana nel Regno Unito. L'Autorità per la fecondazione umana e l'embriologia (HFEA) è stata autorizzata a licenziare e regolare i centri medici che volevano utilizzare la donazione mitocondriale umana. Nel febbraio 2016, la National Academy of Sciences degli Stati Uniti ha pubblicato un rapporto che descrive le tecnologie allora attuali e le questioni etiche circostanti.

Il comitato per la sicurezza dell'HFEA ha pubblicato la sua quarta relazione nel novembre 2016 raccomandando le procedure in base alle quali l'HFEA dovrebbe autorizzare la MRT, l'HFEA ha emanato i propri regolamenti nel dicembre 2016 e ha concesso la loro prima licenza (all'Università di Newcastle) nel marzo 2017. Il 6 febbraio 2018, due donne in il Regno Unito che trasportava mutazioni del DNA mitocondriale ottenne la licenza per sottoporsi alla MRT.

Douglass Turnbull, la forza trainante della ricerca mitocondriale presso l'Università di Newcastle, è stato insignito del titolo di cavaliere nel 2016.

Nel 2016, John Zhang e un team di New York hanno utilizzato la tecnica del trasferimento del fuso per aiutare una donna giordana a dare alla luce un bambino in Messico dove non vi era alcuna legge contro l'utilizzo di tale tecnica. La madre aveva la malattia di Leigh e aveva già avuto quattro aborti spontanei e due bambini morti per la malattia. Valery Zukin, direttore della clinica Nadiya di Kiev, in Ucraina, ha riferito nel giugno 2018 che i medici lì avevano usato il metodo di trasferimento pronucleare della MRT per aiutare quattro donne a partorire (tre maschi e una femmina), tre donne a rimanere incinta (una da Svezia) e ha avuto 14 tentativi falliti. Nel gennaio 2019 è stato riferito che sette bambini erano nati usando la MRT. I medici avevano prima ottenuto l'approvazione di un comitato etico e di un comitato di revisione dell'Associazione ucraina di medicina riproduttiva e dell'Accademia medica post-laurea ucraina, sotto l'egida del Ministero ucraino della sanità, ma in Ucraina non esisteva alcuna legge contro la MRT. Uno dei primi figli, un ragazzo, è nato da una donna di 34 anni a gennaio 2017 e i risultati dei test genetici sono stati riportati come normali. In agosto e ottobre 2017 l'HFEA britannica ha autorizzato la MRT per due donne che avevano una mutazione genetica nei mitocondri che causa l'epilessia mioclonica con fibre rosse sfilacciate. Nel gennaio 2019, Embryotools, Barcellona, ​​Spagna ha annunciato che una donna greca di 32 anni era rimasta incinta usando la tecnica del trasferimento del fuso. MRT non era legale in Spagna, quindi avevano eseguito il processo in Grecia, dove non vi era alcuna legge contro MRT. Sono stati aiutati dall'Istituto di vita di Atene, in Grecia, e hanno ottenuto l'approvazione dell'Autorità nazionale greca per la riproduzione assistita. La donna incinta greca aveva già avuto quattro cicli IVF falliti e due volte un intervento chirurgico per endometriosi.

Nell'agosto 2017, in una lettera a due cliniche, tra cui Zhang, la FDA ha avvertito che la tecnica non doveva essere commercializzata negli Stati Uniti

Nel giugno 2018 la commissione referenze per gli affari della comunità del senato del Senato australiano ha raccomandato un passaggio verso la legalizzazione della MRT e nel luglio 2018 il senato australiano lo ha approvato. Le ricerche e le applicazioni cliniche della MRT sono state supervisionate dalle leggi dei governi federali e statali. Le leggi statali erano, per la maggior parte, coerenti con la legge federale. In tutti gli stati, la legislazione proibiva l'uso delle tecniche di MRT nella clinica e, fatta eccezione per l'Australia occidentale, era consentita la ricerca su una gamma limitata di MRT fino al 14 ° giorno di sviluppo dell'embrione, previa concessione di una licenza. Nel 2010, l'on. Il deputato Mark Butler, allora ministro federale della salute e dell'invecchiamento mentale, aveva nominato un comitato indipendente incaricato di riesaminare i due atti pertinenti: il divieto di clonazione umana per la riproduzione del 2002 e il Research Involving Human Embryos Act del 2002 . La relazione della commissione, pubblicata nel luglio 2011, raccomandava che la legislazione esistente rimanesse invariata. Singapore stava anche valutando l'opportunità di autorizzare la MRT nel 2018.

Nel 2018, i ricercatori hanno annunciato l'uso della MRT per ripristinare la funzione del tessuto cardiaco nei neonati con compromissione cardiaca. Le cellule cardiache danneggiate hanno assorbito i mitocondri estratti dai tessuti sani e sono tornati all'attività utile.

Società e cultura

Regolamento

A febbraio 2016, gli Stati Uniti non avevano regolamenti in materia di donazione mitocondriale e il Congresso ha vietato alla FDA di valutare qualsiasi applicazione che implichi l'impianto di embrioni modificati in una donna.

Il Regno Unito è diventato il primo paese a legalizzare la procedura; il responsabile medico del Regno Unito ha raccomandato che fosse legalizzato nel 2013; il parlamento ha approvato i regolamenti sulla fertilizzazione umana e sull'embriologia (donazione mitocondriale) nel 2015 e l'autorità di regolamentazione ha pubblicato i regolamenti nel 2016.

Etica

Questa sezione potrebbe richiedere una pulizia per soddisfare gli standard di qualità di Wikipedia. Il problema specifico è: l'argomento potrebbe non essere sintetizzato in modo enciclopedico . Aiutate a migliorare questa sezione se potete. (Settembre 2014) (Scopri come e quando rimuovere questo messaggio modello)

Nonostante i risultati promettenti delle due tecniche, il trasferimento pronucleare e il trasferimento del fuso, la sostituzione del gene mitocondriale solleva preoccupazioni etiche e sociali.

La donazione mitocondriale comporta la modifica della linea germinale, e quindi tali modifiche sarebbero trasmesse alle generazioni successive. Anche l'uso di embrioni umani per la ricerca in vitro è controverso, poiché gli embrioni sono creati appositamente per la ricerca e la compensazione finanziaria dei donatori di ovociti.

Le implicazioni per l'identità sono un'altra preoccupazione etica con impatti psicologici ed emotivi sulla vita di un bambino riguardo al senso di identità di una persona. Discute se la composizione genetica dei bambini nati a seguito della sostituzione mitocondriale influenzi il loro benessere emotivo quando sono consapevoli che sono diversi dagli altri bambini sani concepiti da due genitori.

Gli oppositori sostengono che gli scienziati "giocano con Dio" e che i bambini con tre genitori genetici possono subire danni sia psicologici che fisici.

D'altra parte, il ricercatore della New York University James Grifo, un critico del divieto americano, ha sostenuto che la società "non avrebbe mai fatto i progressi nel trattamento dell'infertilità che avremmo se questi divieti fossero stati imposti 10 anni prima".

Il 3 febbraio 2016, l'Istituto di medicina delle Accademie nazionali di scienze, ingegneria e medicina (commissionato dalla Food and Drug Administration) ha pubblicato un rapporto in cui si afferma se sia eticamente ammissibile per la ricerca clinica sulle tecniche di sostituzione mitocondriale ( MRT) per continuare. Il rapporto, intitolato Tecniche di sostituzione mitocondriale: considerazioni etiche, sociali e politiche, analizza molteplici aspetti degli argomenti riguardanti la MRT e conclude che è "eticamente ammissibile" continuare le indagini cliniche sulla MRT, purché siano soddisfatte determinate condizioni. Hanno raccomandato che inizialmente dovrebbe essere usato solo per gli embrioni maschi per garantire che il DNA con la malattia mitocondriale non venga trasmesso.

Nel 2018 Carl Zimmer ha confrontato la reazione all'esperimento di editing genico umano di He Jiankui con il dibattito sulla MRT.