مشکل بسیار جدی در نوزاد کایل و نیکول مولدون وجود داشت.
پزشکان گمانه‌زنی می‌کردند. شاید مننژیت بود؟ شاید سپتیسمی؟
جواب را زمانی دریافت کردند که کی‌جی تنها یک هفته داشت. او مبتلا به یک اختلال ژنتیکی نادر به نام کمبود CPS1 (Carbamoyl phosphate synthetase I deficiency) بود که فقط یک نفر از هر ۱.۳ میلیون نوزاد را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اگر زنده می‌ماند، دچار تأخیرهای ذهنی و رشدی شدیدی می‌شد و در نهایت به پیوند کبد نیاز پیدا می‌کرد. اما نیمی از نوزادان مبتلا به این اختلال در هفته اول زندگی جان خود را از دست می‌دهند.
پزشکان در بیمارستان کودکان فیلادلفیا (Children’s Hospital of Philadelphia) به خانواده مولدون مراقبت حمایتی برای نوزادشان پیشنهاد دادند، فرصتی برای صرف‌نظر کردن از درمان‌های تهاجمی در مواجهه با پیش‌آگهی وخیم.
خانم مولدون گفت: «ما او را دوست داشتیم و نمی‌خواستیم رنج بکشد.» اما او و همسرش تصمیم گرفتند به کی‌جی فرصتی بدهند.
در عوض، کی‌جی تاریخ پزشکی ساخته است. به گفته پزشکانش، این نوزاد که اکنون ۹ ماه و نیم دارد، اولین بیماری در هر سنی است که یک درمان ویرایش ژنی سفارشی دریافت کرده است. او یک تزریق دریافت کرد که دقیقاً برای او و برای رفع جهش دقیق او طراحی شده بود.
محققانی که رهبری تلاش برای نجات کی‌جی را بر عهده داشتند، کار خود را روز پنجشنبه در نشست سالانه انجمن ژن و سلول‌درمانی آمریکا (American Society of Gene & Cell Therapy) ارائه می‌دهند و همچنین آن را در مجله پزشکی نیوانگلند (New England Journal of Medicine) منتشر می‌کنند.
دکتر پیتر مارکس، که تا زمان استعفای اخیر خود برregulation درمان‌های ژنی در سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) نظارت داشت، گفت که پیامدهای این درمان بسیار فراتر از درمان کی‌جی است. بیش از ۳۰ میلیون نفر در ایالات متحده به یکی از بیش از ۷۰۰۰ بیماری ژنتیکی نادر مبتلا هستند. اکثر آنها آنقدر نادر هستند که هیچ شرکتی مایل به صرف سال‌ها برای توسعه یک ژن‌درمانی نیست که تعداد کمی از افراد به آن نیاز داشته باشند.
اما درمان کی‌جی – که بر اساس دهه‌ها تحقیق با بودجه فدرال ساخته شده است – مسیر جدیدی را برای شرکت‌ها برای توسعه درمان‌های شخصی‌سازی‌شده بدون نیاز به گذراندن سال‌ها توسعه و آزمایش پرهزینه ارائه می‌دهد.
بیماری‌هایی مانند بیماری کی‌جی نتیجه یک جهش منفرد است – یک حرف DNA نادرست در میان سه میلیارد حرف در ژنوم انسانی. اصلاح آن نیاز به هدف‌گیری دقیق در رویکردی به نام ویرایش پایه (base editing) دارد.
برای دستیابی به این موفقیت، درمان در مولکول‌های چربی لیپیدی پیچیده می‌شود تا در مسیر رسیدن به کبد، جایی که ویرایش انجام می‌شود، از تخریب در خون محافظت شود. داخل لیپیدها دستوراتی وجود دارد که به سلول‌ها فرمان می‌دهند آنزیمی تولید کنند که ژن را ویرایش کند. آنها همچنین یک GPS مولکولی – CRISPR – را حمل می‌کنند که برای خزیدن در امتداد DNA فرد تا پیدا کردن حرف دقیق DNA که باید تغییر کند، تغییر داده شده است.
در حالی که درمان کی‌جی سفارشی‌سازی شده بود تا CRISPR فقط جهش او را پیدا کند، همین روش می‌تواند تطبیق داده شود و بارها و بارها برای اصلاح جهش‌ها در مکان‌های دیگر DNA فرد استفاده شود. فقط دستورالعمل‌های CRISPR که ویرایشگر را به محل جهش در DNA هدایت می‌کنند، باید تغییر داده شوند. دکتر مارکس گفت که درمان‌ها "حداقل یک مرتبه ارزان‌تر" خواهند بود.
دکتر مارکس، که یک سرمقاله همراه با مقاله تحقیقاتی نوشت، گفت این روش "به نظر من، یکی از بالقوه متحول‌کننده‌ترین فناوری‌های موجود است."
این روش در نهایت می‌تواند برای اختلالات ژنتیکی رایج‌تر مانند بیماری سلول داسی‌شکل (sickle cell disease)، فیبروز کیستیک (cystic fibrosis)، بیماری هانتینگتون (Huntington’s disease) و دیستروفی عضلانی (muscular dystrophy) نیز استفاده شود.
و او گفت، این روش "می‌تواند واقعاً مراقبت‌های بهداشتی را متحول کند."
داستان درمان ویرایش ژنی سفارشی کی‌جی در عصر روز ۸ اوت آغاز شد، زمانی که دکتر کران موسونورو (Kiran Musunuru)، محقق ویرایش ژن در دانشگاه پنسیلوانیا (University of Pennsylvania)، ایمیلی از دکتر ربکا آرنس-نیکلاس (Rebecca Ahrens-Nicklas) در بیمارستان کودکان فیلادلفیا دریافت کرد. نوزادی متولد شده بود و آزمایش ژنتیک نشان می‌داد که او دچار کمبود CPS1 است.
آیا او می‌توانست نوزاد را نجات دهد؟
دکتر موسونورو تحقیقات درباره استفاده از ویرایش ژن برای جهش‌های ژنی نسبتاً رایج را آغاز کرده بود.
توسعه یک ویرایشگر ژن برای درمان بیماران یک فرآیند دقیق است که می‌تواند سال‌ها طول بکشد. اما کی‌جی سال‌ها زمان برای انتظار نداشت – شاید فقط شش ماه پیش از افزایش خطر آسیب جدی مغزی یا مرگ.
دکتر موسونورو گفت: "در این مرحله، ساعت در ذهن من شروع به کار می‌کند. این زندگی واقعی است. این فرضی نیست."
بیماری کی‌جی ناشی از ناتوانی در خلاص شدن از آمونیاک، محصول جانبی متابولیسم پروتئین، در بدن است. آمونیاک در خون تجمع می‌یابد و از سد خونی مغزی عبور می‌کند. پزشکان او را تحت رژیم غذایی قرار دادند که به شدت پروتئین را محدود می‌کرد – فقط به اندازه‌ای که او بتواند رشد کند. او همچنین دارویی به نام گلیسرول فنیل‌بوتیرات (glycerol phenylbutyrate) دریافت می‌کرد که به حذف آمونیاک از خونش کمک می‌کرد. اما او همچنان در معرض خطر بالای آسیب مغزی یا مرگ بود. هر بیماری یا عفونتی می‌توانست سطح آمونیاک او را به شدت افزایش دهد و باعث آسیب جبران‌ناپذیر به مغزش شود.
کی‌جی در بیمارستان تحت مراقبت ۲۴ ساعته زندگی می‌کرد.
ساختن و آزمایش یک سیستم ویرایش ژن برای نوزاد خانواده مولدون آسان نبود.
دکتر موسونورو گفت: "بسیار از روی بداهه‌پردازی کار می‌کردیم."
او با فیودور اورنوف (Fyodor Urnov) در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی (University of California, Berkeley) کار را آغاز کرد، کسی که اطمینان حاصل کرد هیچ ویرایش ژنی غیرمنتظره و مضری در جاهای دیگر DNA وجود ندارد. دکتر اورنوف بخشی از همکاری آکادمیک با شرکت داناهر (Danaher Corporation) است، شرکتی که توانایی تولید ویرایشگر ژن برای کی‌جی را با استانداردی دارد که امکان استفاده از آن در بیمار را فراهم کند.
صادق قاسم (Sadik Kassim)، مدیر ارشد فناوری برای داروهای ژنومی در داناهر، گفت که داناهر نیز به نوبه خود با دو شرکت دیگر تحت مالکیت خود، دو شرکت بیوتکنولوژی دیگر و یک موسسه تحقیقاتی دیگر همکاری کرد.
دکتر قاسم گفت: "در هر مرحله از فرآیند، همیشه انتظار داشتیم کسی بگوید 'نه، متاسفم' و این پایان داستان باشد." اما ترس‌های او بی‌اساس بود. او افزود که داناهر و شرکت‌های دیگر تنها برای مواد اولیه ساخت دارو هزینه دریافت کردند.
دکتر آرنس-نیکلاس گفت که سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) نیز روند تأیید نظارتی درمان را تسهیل کرد.
ده‌ها محقق ماه‌ها همه چیز دیگر را کنار گذاشتند.
در برکلی، دکتر اورنوف گفت: "دانشمندان برای این کار مقداری روغن چراغ سوزاندند به اندازه خلیج سانفرانسیسکو." او افزود که "این سرعت در تولید CRISPR در سطح کلینیکی برای یک بیماری ژنتیکی در زمینه ما بی‌سابقه است. حتی نزدیک هم نیست."
دیوید لیو (David Liu) از هاروارد، که آزمایشگاه او روش ویرایش ژنی مورد استفاده برای اصلاح جهش کی‌جی را ابداع کرد، گفت که سرعت "شگفت‌انگیز" بود.
او گفت: "این مراحل معمولاً بخش بهتر از یک دهه، اگر نگوییم بیشتر، طول می‌کشد."
فقط زمانی که محلول ویرایش ژن آماده بود و سازمان غذا و داروی آمریکا کار محققان را تأیید کرد، دکتر آرنس-نیکلاس به والدین کی‌جی مراجعه کرد.
او گفت: "یکی از ترسناک‌ترین لحظات زمانی بود که وارد اتاق شدم و گفتم 'نمی‌دانم کار می‌کند یا نه اما قول می‌دهم هر کاری که از دستم برمی‌آید انجام دهم تا مطمئن شوم ایمن است.'"
صبح روز ۲۵ فوریه، کی‌جی اولین تزریق را دریافت کرد، یک دوز بسیار کم چون هیچ‌کس نمی‌دانست نوزاد چگونه پاسخ خواهد داد. او در اتاق خود، در گهواره‌ای که تمام عمر خود را در آن گذرانده بود، بود. او ۶ ماه داشت و وزنش در صدک هفتم برای سنش بود.
دکتر موسونورو بر تزریق دو ساعته نظارت داشت و به گفته خودش "هم هیجان‌زده و هم وحشت‌زده" بود.
کی‌جی در طول آن خوابید.
ظرف دو هفته، کی‌جی توانست به اندازه یک نوزاد سالم پروتئین بخورد. اما او هنوز به دارو برای حذف آمونیاک از خونش نیاز داشت – نشانه‌ای از اینکه ویرایشگر ژن هنوز DNA را در همه سلول‌های affected اصلاح نکرده بود.
پزشکان ۲۲ روز بعد دوز دوم را به او دادند.
آنها توانستند دوز دارو را نصف کنند. او در این مدت چند بیماری ویروسی گرفت که به طور معمول باعث افزایش وحشتناک سطح آمونیاک او می‌شد. اما دکتر آرنس-نیکلاس گفت: "او بدون مشکل از آنها عبور کرد."
یک هفته و نیم پیش، تیم دوز سوم را به کی‌جی داد.
هنوز زود است که بدانیم آیا او می‌تواند مصرف دارو را به طور کامل متوقف کند، اما دوز آن به شدت کاهش یافته است. و او به اندازه کافی حالش خوب است که تیم بتواند برنامه‌ریزی برای ترخیص او از بیمارستان و رفتن به خانه را آغاز کند. او در حال رسیدن به نقاط عطف رشدی است و وزن او اکنون در صدک ۴۰ برای سنش قرار دارد، اما هنوز مشخص نیست که آیا از پیوند کبد بی‌نیاز خواهد شد یا خیر.
دکتر اورنوف گفت که این نتیجه "یک پیروزی برای سرمایه‌گذاری مردم آمریکا در تحقیقات زیست‌پزشکی" است.
محققان بر نقش بودجه دولتی در توسعه تأکید کردند.
آنها گفتند که این کار دهه‌ها پیش با بودجه فدرال برای تحقیقات پایه در مورد سیستم‌های ایمنی باکتریایی آغاز شد. این امر در نهایت، با حمایت بیشتر فدرال، به کشف CRISPR منجر شد. سرمایه‌گذاری فدرال در توالی‌یابی ژنوم انسانی امکان شناسایی جهش کی‌جی را فراهم کرد. بودجه ایالات متحده از آزمایشگاه دکتر لیو و کشف ویرایش او حمایت کرد. یک برنامه فدرال برای مطالعه ویرایش ژن از تحقیقات دکتر موسونورو حمایت کرد. به طور همزمان، کار با بودجه فدرال که منجر به درک بیماری کی‌جی شد، پیش رفت.
دکتر اورنوف گفت: "فکر نمی‌کنم این اتفاق می‌توانست در هیچ کشور دیگری جز ایالات متحده رخ دهد."
دکتر اورنوف گفت کسانی که برای نجات کی‌جی کار کردند، افتخار می‌کردند.
"همه ما به یکدیگر گفتیم، 'این مهم‌ترین کاری است که تاکنون انجام داده‌ایم.'"