Nova nada gene terapije: Virus koji cilja neuron štedi život dece

Ništa neobično skoči ispred sastanka sa Evelyn, mršavim skoro 3 godine sa crvenim kravama - osim što ne bi trebala da bude ovde, razgovarajući se sa posetiocem u dnevnoj sobi svoje porodice, vrti se u svojim haljinama do pesme Pharrell Williams "Happy . "

Starija sestra Evelyn-a Josephine imala je atrofiju spinalnog mišića tipa 1 (SMA1), genetsku bolest koja postepeno parališe bebe. Umrla je 15 meseci. Evelyn je bila neočekivana trudnoća, ali njeni roditelji su odlučili da daju bebu uprkos jednoj četvrtoj šansi druge tragedije.

Ubrzo nakon što je Evelyn rođena u decembru 2014. godine, oni su bili razoreni da nauče od genetskog testiranja da je i ona imala SMA1. "Znali smo sa čime se bavimo: mi ćemo je voleti koliko god možemo", kaže njen otac, Milan Villarreal. Ali te iste noći, odvratno tražeći internet, naučile su se o kliničkom ispitivanju u Ohaju i poslale e-poštu. Pre 8 nedelja, Evelyn je primila tretman gene terapije koja joj je telo dala ključni protein.

A sada je ovde, nije toliko drugačija od bilo kog zdravog mališana. Iako ima slabe butine i ne može normalno da trči ili skoči, može brzo hodati, plesati, pisati tragove, baciti pene, nositi malu stolicu i popeti se na njenu majku Elena's krug. Nakon srčanog gubitka svoje prve bebe, Viljarci su se čudili kako je Evelyn puzao, hodao i pričao. "To je bilo samo čudo. Svaka prekretnica bila je kao proslava. Otvorili smo bocu vina za svaku malu stvar koju je uradila ", kaže Milan.

MIKE SHANAHAN

Rezultati suđenja u kojima je Evelyn učestvovao su takođe oduševili istraživače genetske terapije, obeležavajući jedan od naj dramatičnijih uspeha nekada uznemirenog polja. Svih 15 beba lečenih za SMA1, za koje se očekuje da umru do 2. godine, živi na 20 meseci ili više, a većina može da sedne, prema izveštaju ove nedelje u Novomelskom časopisu medicine (NEJM). Kao Evelyn, jedan dečak šeta. Iako je lek nedavno odobren za SMA1 postigao slične efekte, on mora biti injektiran u kičmu svake 4 mjeseca. Genska terapija je namijenjena kao jednokratna terapija i jednostavno se inficira u venu. "Nikada nisam video efekat [genske terapije] što je dobro u smrtonosnoj bolesti", kaže neurolog Jerry Mendell iz Nationwide Children's Hospital u Columbusu, koji je vodio nedavno suđenje.

Vijesti doprinose rastućoj bogatstvu genetske terapije. Tretman za genetski oblik slepila, koji je prošlog meseca odobrio američki savetodavni panel za hranu i lekove (FDA), na putu je da bude prva genetska terapija u Sjedinjenim Državama odobrena za nasledjujuću bolest. Prošlog meseca, tim koji je prijavio u NEJM-u da dječacima daju transplantaciju sopstvenih genetski modifikovanih matičnih ćelija mogu zaustaviti razarajuću bolest mozga. Genska terapija na evropskom tržištu izlečila je decu sa imunološkim poremećajima koji su ugrožavali život, a ostali u razvoju pomogli su hemofiličari da odlaze sa lijekova za krvarenje.

Ali studija SMA1 raskida zbog toga što pokazuje moć novog vektora, virus koji nosi terapeutski gen koji, inficiran u venu, može nositi svoj teret u centralni nervni sistem, preko takozvanog krvno-mozga barijera. U prošlosti, napori za lečenje neuroloških oboljenja genetskom terapijom često su imali nedovoljne rezultate, a ponašanje vektora ponekad je zahtevalo rupe za bušenje u lobanju pacijenta. Sada, naučnici imaju neosporan uspeh koji donosi gensku terapiju u centralni nervni sistem. Rezultati takođe uznemiruju strahove da poplave krvotoka virusom mogu dovesti do još jedne tragedije kao što je smrt tinejdžera na suđenju za gene terapiju pre 18 godina, što je bacio na teren u nejednakost.

Očigledna sigurnost i uspeh novog lečenja ohrabruje druge istraživače da koriste genu terapiju isporučenu u venu ili kičmu radi lečenja retkih dečjih neuroloških i mišićnih bolesti, pa čak i običnih poremećaja odraslih kao što je Parkinsonova bolest. "Otvara potpuno novi koncept u polje koje je veoma oprezno", kaže Federico Mingozzi, koji je nedavno napustio francusku neprofitnu Généthon da postane glavni naučni službenik kompanije za gene terapiju Spark Therapeutics u Filadelfiji, Pennsylvania.

"Ljudi će se osvrnuti i videti ovo kao prekretnica u novoj vrsti lijekova koji će imati široke implikacije za puno i puno bolesti", dodao je istraživač genetske terapije Steven Gray sa Univerziteta Severna Karolina (UNC) u Chapelu Brdo.

U početku, kada su životinje bile pacijenti, lečenje neuroloških oboljenja sa genskom terapijom činilo je jednostavno. Tokom devedesetih godina istraživači su ubrizgali mozak novorođenčadi miševa koji su projektovani da imaju određene metaboličke poremećaje sa virusnim vektorima koji nose nedostajući gen. Ishod je bio "šokantan, bio je tako dobar", prisjeća se Mark Sands na Medicinskom fakultetu Univerziteta u Vašingtonu u Missouriu. Ali mozak miša je mali, dodaje on. "Izazov je bio kako se povećavate od mozga miša koji teži pola grama do detetovog mozga koji teži 1000 grama. To je razlika od 2000 puta u razmeri. Kako to radiš? "

Ispostavilo se da istraživači nisu mogli. Godine 1996. tim je ubrizgao čestice masti koji su sadržavali kurativni gen u lobanje dvoje djece koja su imala poremećaj mozga pod imenom Canavan bolest. Istraživanje je bilo kontroverzno i ​​nije pomoglo pacijentima. Neki od istih istraživača su kasnije lečili još 13 bolesnika u Canavanu tako što su dosadašnjih šest rupa u lobanje i injektirali vektor koji je napravljen od očigledno bezopasnog virusa poznatog kao adeno-pridruženi virus (AAV); slična AAV suđenja su se desila za još jedan ozbiljni poremećaj genetskog mozga u detinjstvu, Battenova bolest.

Međutim, ni jedan tretman nije mnogo učinio da spori bolesti. Istraživači u jednom suđenju sa tajvanskom djecom, koji su ozbiljno bili onesposobljeni zbog nedostatka dve hemikalije mozga, izvještavaju o značajnim prednostima. Ali rezultati za druge bolesti su suvišni. Studije majmuna sugerišu da se vektor AAV-a ne razlikovao daleko od mesta injekcije, tako da nisu dovoljno moždane ćelije vjerovatno primile novi gen. "To su bili herojski napori na mnogo načina, ali tehnologija nije bila idealna", kaže Grej.

Sasvim drugačiji pristup donio je jedine solidne uspehe u neurološkoj bolesti. Istraživači su uzimali krvne matične ćelije od pacijenata, koristili modifikovane viruse HIV-a da se bacaju u novi gen, i inficirali ćelije nazad u pacijente. Neke od ćelija su zatim migrirale u mozak i formirale ćelije koje podržavaju neuron zvane glia koja je proizvela neophodan protein. Prema 15 studija iz studije objavljene prošlog mjeseca u NEJM-u, ova "ex vivo" genska terapija zaustavila je fatalnu bolest pod nazivom adrenoleukodistrofija (ALD), koja uništava plašt mielina oko neurona. Istraživači italijanske gene terapije su prijavili uporedive rezultate za sličan tretman dati mladim pacijentima sa metakromatičnom leukodistrofijom mozga.

Ali ex vivo genska terapija najbolje funkcioniše za bolesti mozga uzrokovane nedostatkom izlučenog proteina: transplantirane ćelije mogu da ga zamene iskočenjem molekula za druge neuronske ćelije koje se mogu pokupiti. Za mnoge poremećaje, nedostajući protein funkcioniše unutar ćelija, tako da sve ćelije kojima je potrebno mora primiti vektor.

(IZVOR) CLINICALTRIALS.GOV

Priča o virusnom vektoru koja izgleda da odgovara ovoj potrebi započinje sa smrću. Početkom 2000-ih vođa polja, genetičar James Wilson sa Univerziteta u Pennsylvaniji (UPenn), bio je prinuđen da preusmeri svoje istraživanje. Wilson je predvodio suđenje 1999. godine u kojem je 18-godišnji Jesse Gelsinger umro od masivne imunološke reakcije na snažni vektor adenovirusa koji je dobio za liječenje bolesti jetre. Wilson, koji je imao finansijski interes za suđenje, suočio se s tužbom od strane porodice i istrage FDA-a, i na kraju je pristao na petogodišnju zabranu vodećih kliničkih ispitivanja. Zato se okrenuo pronalaženju novih vrsta AAV-ova, koji su bili sigurniji od adenovirusa i postali popularni vektor.

Godine 2004, Guangping Gao i drugi u Wilsonovoj laboratoriji izvijestili su da su se prešli kroz ljudska i primata tkiva i pronašli više od 100 novih AAV-ova sa "tropizmom" ili preferencijom za zarazivanje određenih vrsta ćelija. Jedan tip, AAV9, bio je "za razliku od bilo kojeg drugog AAV-a. Kada ste ga ubrizgali u krv u visokoj dozi, svuda je otišao "- sećaš se srca, mišića, moždanih tkiva. Najizrazitije od svih bilo je sposobnost da se domogne na neuronima, što je ključ za liječenje mnogih bolesti mozga i kičme.

Ostali istraživači su se potrudili da potvrdi ljubav AAV9 na nervnom sistemu. Godine 2009, francuski tim i laboratorija Brian Kaspar u Nationwide-u objavili su odvojene papire koje su galvanizirale polje: Davanje intravenozno novorođenčadima, AAV9 prešao je krvno-moznu barijeru - čvrsta mreža ćelija koja štiti centralni nervni sistem od patogena i toksinima i inficiranim neuronima kroz kičmenu moždinu i mozak.

Kada je Nationwide tim spreman da isprobava AAV9 kod ljudi, odlučio je da usmjeri SMA1, najčešći genetski uzrok smrti kod beba. Novorođenčadima nedostaju funkcionalni SMN1 geni, koji kodiraju protein koji se naziva preživjelim motornim neuronom (SMN) koji održava kičmene neurone tokom života. Većina ljudi ima više kopija gena sigurnosne kopije, SMN2, koja može proizvesti male količine SMN, ograničavajući težinu bolesti. Međutim, oni sa SMA1 imaju samo dva od tih rezervnih gena, a premalo od ključnog proteina.

Bebe rođene sa SMA1 su flopi i ne mogu dobro da sisaju ili podižu glave; jer spinalni motorni neuroni nedostaju, njihovi mišići slabe, a u nekom trenutku ne mogu više da dišu sami i umru. Tim pod vođstvom Kaspar je nastao da razvije tretman od strane inžinjerskog AAV9 da nosi SMN gen. Planirali su da ga intravenozno ubrizgavaju, nakon što su pokazali da su novorođenčad sa SMA1 koji su tretirani na ovaj način imali normalne funkcije motora i životni rasponi.

Ali to bi verovatno zahtevalo velike količine virusnog vektora. Pošto su ćelije jetre takođe omiljena meta za AAV, jetra uklanja većinu AAV9 ubrizganih u krv; većina ostataka ide u druga tkiva. Kao rezultat, manje od 1% prvobitne doze prelazi krvno-moždanu barijeru, procenio je Grej dok je bio postdok sa UNC-om Jude Samulski. Na osnovu količine potrebnog za lečenje SMA1 miševa, Nationwide tim je predložio terapeutsku dozu vektora 100 puta veću nego što je ikada ubrizgan u krv pacijenta u probnu genetsku terapiju.

Ipak, testovi sa majmunima sugerirali da će doza biti sigurna. FDA i Rekombinantni DNK Savjetodavni odbor, Nacionalni instituti za zdravlje (NIH) koji pregledaju većinu američkih ispitivanja genetske terapije, odobrio je studiju koju su Nationwide i fondacija složili da finansiraju. (Nova kompanija čiji je osnivač Kaspar zvala AveXis finansirala je kasnije faze suđenja nakon što je licencirala terapiju Nationwide-a.)

Ipak, mnogi istraživači genetske terapije zadržali su dah, strahujući od druge nesreće poput Gelsingerove. "Imao je brojne ljude nervozne. To je bilo ogromno virusno opterećenje koje se daje veoma mladim pacijentima ", kaže Samulski.

Ubrzo nakon što je prva beba dobila testnu dozu AAV9 terapije, njeni enzimi jetre su se povećali do 31 puta u normalu, što je signaliziralo moguće oštećenje ćelija. "Nisam dobro spavala te noći", kaže Mendel. Ali steroidi su brzo doveli nivoe i FDA ga je savetovao da nastavi, kaže. Tri druga odojčad su razvila povišene enzime jetre, ali nije bilo kliničkih znaka oštećenja jetre, a nastavak suđenja nastavljen.

Iako je suđenje uglavnom dizajnirano da testira sigurnost terapije, brzo je postalo jasno da je uvedeni gen usporio atrofiju beba. Umesto da postanu floppier i da se bore za dišu, postali su jači. Oslanjajući se na njen stomak, Evelyn je jednog dana počela da podiže glavu, prisjeća se Elena Villarreal. "Bilo je to, to je to, to je nemoguće sa SMA1". Do sada je samo osam od 15 lečenih beba potrebna pomoć od maske za lice da diše. A 11 od 12, koje su primile veću od dve AAV9 doze - od kojih je jedan bio kasno, 6 meseci - može sjediti bar kratko bez pomoći, jedenja i govora. Matteo, dečak u Majamiju na Floridi, koji je dobijao terapiju samo 27 dana nakon rođenja, može da trči i udara normalnim razvojnim prekretnicama, kaže njegov otac Derwin Almeida.

Rezultati suđenja su "izvanredni", kaže Charlotte Sumner, istraživač SMA na Univerzitetu Johns Hopkins u Baltimoru, Maryland. Lek koji se naziva nusinersen, sastoji se od niza RNK koja pomaže SMN2 genu da proizvodi više proteina, imala je jednako impresivan efekat kod SMA1 dojenčadi u tekućoj studiji, a odobrila ga je FDA prošlog decembra. Ali, genetska terapija je privlačna zbog "jedne i učinjene koristi", zaključuje Sumner.

Koliko dugo će tretman raditi je nepoznat. Za razliku od HIV-a i drugih virusa koji se koriste za ex vivo gensku terapiju, AAV ne integrišu terapeutski gen u genom ćelije; oni ga deponuju kao slobodno plutajuće petlje DNK, što znači da se efekti mogu izgubiti pošto se ćelije kopiraju. Ali neuroni se ne dele, tako da tretirano tkivo treba da zadrži proizvodnju SMN proteina godinama, kaže Kevin Flanigan, direktor Nationwide centra za gene terapiju.

Ako se koristi od gena terapije na kraju blede, pacijentima SMA1 bi trebali biti obrađeni, a sada imaju antitela AAV9 koja bi mogla da ga ugroze. Ali istraživači na celom svetu rade na kontramerima, kao što su filtriranje antitela iz krvi ili davanje određenih imunosupresivnih lekova, kaže Mendel.

Još jedna dalja briga je rak. Studije Sandsa i drugih otkrile su da, kada ih IV daje u velikim dozama novorođenčadima, neki AAV-ovi mogu integrirati svoju DNK u genome i uzrokovati rak jetre. Sands ističe da naučnici još uvek ne znaju da li su ti rezultati relevantni za ljude. Neki genetičari su sigurni da se rak jetre nije pojavio kod stotina pacijenata izloženih AAV-u u prošlim suđenjima gena.

AveXis je pokrenuo drugu SMA1 studiju, a takođe planira da tretira blaže oblike stanja. Ako suđenja podnesu obećanje terapije, stvaranje dovoljnih doza za zadovoljenje potreba pacijenata biće izazov. Ali portparol AveXisa kaže da bi nova fabrika u blizini Čikaga, Ilinois, trebalo da ima kapacitet da proizvodi doze za 500 rođaka SMA1 svake godine u Sjedinjenim Državama i Evropi. Kompanija još nije stavila cijenu na lečenje, ali verovatno će biti skupa-genska terapija na tržištu komandama iznad 700.000 dolara po tretmanu.

WEILL CORNELL MEDICINE BRAIN i SPINE CENTAR

Sada kada je sistemska isporučena AAV genska terapija sa visokom dozom, bezbedno izgleda, timovi u Nationwideu i drugim zemljama pokreću ispitivanja za druge neuromišićne bolesti, čiji će cilj biti isporuka novog gena od IV do mišićnih ćelija, a ne neurona.

Naučnici takođe istražuju sledeće pitanje za AAV9: Može li ići dalje od pomoći kičmenim neuronima i doći duboko u mozak na nivou dovoljno visokim da zaustavi bolesti tamo? Prvi rezultati mogu biti rezultat tekućeg suđenja pod pokroviteljstvom Abeona Therapeutics kompanije Nationwide, koja koristi IV isporuku AAV9 genske terapije za Sanfilippo tip A sindrom. Deci sa bolestima nedostaju enzim koji je potreban da se razbije heparan sulfat, molekul koji se razvija u mozgu i uzrokuje štetu koja se očitava u dobi od 2 do 6 godina. Jedne godine nakon tretiranja troje djece, nivoi heparan sulfata u njihovoj hirurškoj tečnosti su naglo pali, povećana jetra su se smanjivala, a njihovi rezultati na neverbalnim kognitivnim testovima su se stabilizovali, rekla je Flanigan na sastancima.

Druga ispitivanja se oslanjaju na AAV9 neuronske homing osobine, ali se direktno primenjuju na centralni nervni sistem pacijenta kroz injekciju u spinalnu tečnost ( vidi tabelu ). To zahteva manje virusa od IV isporuke, tako da proizvodnja neće biti toliko prepreka; ona takođe može raditi bolje za starije pacijente, čija je krvno-mozga barijera razvijenija od dojenčadi. I isporuka kičme treba da smanji imuni odgovor.

U prvom testu ove strategije, suđenje u NIH-u dalo je osam pacijenata sa oboljenjem nazvanom gigantna aksonska neuropatija AAV9 vektor koji sadrži zamjenski gen za onog koji je kriv, koji uništava impulzne transmitere aksona-nervnih ćelija "i utiče mozak. Grej, čija je studija životinja u laboratoriji Samulski postavila temelje za suđenje, kaže da je prerano da se izvještavaju o rezultatima. Međutim, Lori Sames iz Rexforda iz Njujorka, čija je humanitarna organizacija Hannah's Hope Fond podržala istraživanje Greja, kaže da je njena 13-godišnja ćerka Hannah, tretirana u julu 2016. godine, videla neke poboljšanja: gubitak vida se stabilizovao i ona može da se pruži i da podnese podršku. "Zaista smo zadovoljni onim što vidimo", kaže Sames.

Kod pacijenata sa SMA1 i drugim progresivnim poremećajima, rano lečenje je kritično. "Kada neuroni nestanu, oni su nestali", kaže pedijatrijski neurolog Jonathan Mink sa Medicinskog centra Univerziteta u Rochesteru u Njujorku. Za sada su braća i djeca koja su već pogođena ovim genetskim bolestima najverovatnije prepoznati dovoljno rano za preventivni tretman. Ali grupe pacijenata zahtevaju da se bolestima kao što su ALD i SMA doda testovi za skrining novorođenčadi, što bi moglo proširiti domet terapije.

Neki istraživači ostaju skeptični da će novi, manje invazivni načini isporuke AAV9 dostići dovoljne moždane ćelije. "Imam svoje sumnje da će to biti široko primenljivo na druge poremećaje", naročito kod starije dece, kaže Ronald Kristal of Weill Cornell Medicine u Njujorku, koji je koristio lobanje za lečenje bateške bolesti.

Ostali genetičari se nadaju nade na pronalaženje novih AAV vektora koji su još bolji pri prelasku krvno-moznih barijera. Grupa na Kalifornijskom institutu za tehnologiju u Pasadeni je identifikovala nekoliko, uključujući i varijantu AAV koja prelazi prepreku 40 puta efikasnije od AAV9 kod miševa. Voyager Therapeutics u Cambridgeu, Massachusetts, kaže da ovi vektori izgleda da rade i kod majmuna, iako ovi podaci ostaju neobjavljeni.

Kako su uzbuđeni kao genetapeuti sa studijom SMA1 koja je Evelinim roditeljima dala svoju plesnu devojčicu, stidljivo će gledati da li ista strategija može spasiti više dece sa teškim genetskim oboljenjima. Ako to uradi, biće garantovano mesto gena terapije u medicinskom arsenalu. Kaže Wilson: "Ovo nije bilo skromno poboljšanje. Ovo je transformaciona promjena. To smo se uvek nadali da će biti genska terapija. "

Novine iz nauke, od Jocelyn Kaiser Nov. 1, 2017, 17:00

http://www.sciencemag.org/news/2017/11/gene-therapy-s-new-hope-neuron-targeting-virus-saving-infant-lives