Génová terapia je nová nádej: vírus zameriavajúci sa na neuróny zachraňuje život v kojencoch

Nič nezvyčajné neskočí po stretnutí s Evelynom, bublina takmer 3-ročná, s červenými kudrlinami - okrem toho, že by nemala byť tu, rozprávať sa s návštevníkom v obývacej izbe svojej rodiny, otočiť sa v jej pančuchách s pieseň Pharrell Williams "Happy . "

Evelynova staršia sestra Josephine mala spinálnu svalovú atrofiu typu 1 (SMA1), genetickú chorobu, ktorá postupne paralyzuje deti. Zomrela o 15 mesiacov. Evelyn bola neočakávané tehotenstvo, ale jej rodičia sa rozhodli mať dieťa napriek štyrom šancu druhej tragédie.

Čoskoro potom, čo sa Evelyn narodila v decembri 2014, boli zničené, aby sa z genetického testovania dozvedeli, že aj ona mala SMA1. "Vedeli sme, s čím máme čo do činenia: Budeme ju milovať tak dlho, ako budeme môcť," hovorí jej otec Milan Villarreal. Ale v ten istý večer zúfalo hľadali na internete, dozvedeli sa o klinickom skúšaní v Ohiu a poslali e-mail. Vo veku 8 týždňov dostala Evelyn liečbu génovou terapiou, ktorá dodala jej telu zásadný chýbajúci proteín.

A teraz tu je, nie je tak odlišná od zdravého batoľa. Hoci má slabé stehná a nemôže bežať normálne ani skákať, môže rýchlo chodiť, tancovať, stopovať písmená, hádzať penové bloky, nosiť malú stoličku a vyliezť na svoju matku Elena. Po zármutku straty svojho prvého dieťaťa sa Villarreals s úžasom dívali, keď sa Evelyn plazil, chodil a hovoril. "Bol to len zázrak. Každý medzník bol ako oslava. Otvorili sme fľašu vína pre každú malú vec, ktorú urobila, "hovorí Milan.

MIKE SHANAHAN

Výsledky štúdie, na ktorej sa Evelyn podieľala, odvysielali vedcov z oblasti génovej terapie a označili zatiaľ jeden z najvýraznejších úspechov, ktoré sa v minulosti vyskytli. Všetkých 15 detí, ktoré boli liečené na SMA1, očakáva, že zomrú do veku 2 rokov, žije po 20 mesiacoch alebo starších a väčšina môže sedieť podľa správy tohto týždňa v New England Journal of Medicine (NEJM). Rovnako ako Evelyn chodí jeden chlapec. Napriek tomu, že liek nedávno schválený pre SMA1 dosiahol podobné účinky, musí byť injekčne podávaný do chrbtice raz za 4 mesiace. Génová terapia je určená ako jednorazová liečba a je jednoducho infúziou do žily. "Nikdy som nevidel účinok [génovej terapie], ktorý je dobrý v smrteľnej chorobe," hovorí neurológ Jerry Mendell z Národnej nemocnice pre deti v Columbuse, ktorý viedol nedávny proces.

Táto správa zvyšuje rastúce bohatstvo génovej terapie. Liečba genetickej formy slepoty, schválená minulý mesiac americkým poradným panelom pre potraviny a liečivá (FDA), je na dobrej ceste ako prvá génová terapia v Spojených štátoch schválená pre zdedené ochorenie. Minulý mesiac tím informoval v NEJM, že dávať chlapcom transplantáciu vlastných geneticky modifikovaných kmeňových buniek, môže zastaviť ničivé ochorenie mozgu. Génová terapia na trhu v Európe vyliečila deti s život ohrozujúcou imunitnou poruchou a iní vo vývoji pomohli hemofilikom odísť z krvných zrazenín.

Štúdia SMA1 však pretrváva, pretože demonštruje silu nového vektora, víru nesúceho terapeutický gén, ktorý infúziou do žily môže niesť svoj náklad do centrálneho nervového systému cez tzv. Hematoencefalickú bariéru. V minulosti sa úsilie o liečbu neurologických ochorení s génovou terapiou často vyznačovalo nedostatočnými výsledkami a dodávanie vektora niekedy vyžadovalo v lebke pacienta vŕtanie otvorov. Vedci majú nesporný úspech a prinášajú génovú terapiu do centrálneho nervového systému. Výsledky tiež potláčajú obavy, že záplavy krvného riečiska vírusom by mohli viesť k ďalšej tragédii, ako bola smrť teenagerov v štúdii génovej terapie pred 18 rokmi, ktorá viedla do neporiadku.

Zjavná bezpečnosť a úspech nového liečebného postupu prinúti ostatných výskumníkov k tomu, aby používali génovú terapiu dodanú do žily alebo chrbtice na liečbu zriedkavých neurologických a svalových chorôb detí a dokonca aj bežných porúch dospelých, ako je Parkinsonova choroba. "Otvára úplne nový pojem na pole, ktoré bolo veľmi opatrné," hovorí Federico Mingozzi, ktorý nedávno opustil francúzsky neziskový Généthon, aby sa stal vedúcim vedeckým pracovníkom génovej terapie spoločnosti Spark Therapeutics vo Philadelphii v štáte Pennsylvania.

"Ľudia sa budú pozerať späť a vnímať to ako medzník v novom type lieku, ktorý bude mať široké dôsledky pre veľa a veľa chorôb," dodáva výskumník génovej terapie Steven Gray z University of North Carolina (UNC) v kaplnke Hill.

Spočiatku, keď zvieratá boli pacienti, liečba neurologických ochorení s génovou terapiou sa zdala ľahká. V deväťdesiatych rokoch výskumníci injikovali mozog novonarodených myší, ktoré boli skonštruované tak, aby mali určité metabolické poruchy s vírusovými vektormi nesúcimi chýbajúci gén. Výsledok bol "šokujúci, bol tak dobrý," pripomína Mark Sands z Washingtonskej univerzity v St. Louis v Missouri. Ale myší mozog je malý, dodáva. "Výzvou bolo, ako sa rozširujete z myšieho mozgu, ktorý váži polovicu gramu do mozgu dieťaťa s hmotnosťou 1000 gramov. To je 2000-násobný rozdiel v rozsahu. Ako to urobíte? "

Ukázalo sa, že vedci nemohli. V roku 1996 tím vstrekol tukové častice obsahujúce liečivý gén do lebiek dvoch detí, ktoré mali mozgovú poruchu nazývanú Canavanova choroba. Výskum bol kontroverzný a nepomohol pacientom. Niektorí z tých istých výskumníkov neskôr zaobchádzali s 13 ďalšími pacientmi s Canavan tým, že do svojich lebiek vyvŕtali šesť otvorov a vstrekli sa do nich vektor vytvorený z zjavne neškodného vírusu známeho ako adeno-asociovaný vírus (AAV); podobná štúdia AAV sa uskutočnila pre ďalšiu závažnú detskú genetickú poruchu mozgu, Battenovu chorobu.

Ani jedna liečba nespomalila ochorenie. Výskumníci v jednom teste s taiwanskými deťmi, ktorí boli ťažko postihnutí nedostatkom dvoch mozgových chemikálií, zaznamenali významné prínosy. Výsledky pre iné choroby boli však nejednoznačné. Opičie štúdie naznačujú, že vektor AAV nebol ďaleko rozptýlený od miest vpichu, takže dostatočné množstvo mozgových buniek pravdepodobne nedostalo nový gén. "Boli to hrdinské snahy v mnohých smeroch, ale technológia nebola ideálna," hovorí Gray.

Celkom iný prístup priniesol jediné pevné úspechy v neurologických ochoreniach. Výskumníci odobrali krvné kmeňové bunky od pacientov, použili modifikovaný HIV na šitie v novom géne a infúziu buniek späť do pacientov. Niektoré bunky potom migrovali do mozgu a vytvorili bunky podporujúce neurón nazývané glióza, ktoré produkovali potrebný proteín. V 15 chlapcoch podľa štúdie uverejnenej minulý mesiac v NEJM táto génová terapia "ex vivo" zastavila smrteľnú chorobu nazývanú adrenoleukodystrofia (ALD), ktorá ničí myelínové puzdro okolo neurónov. Talianski výskumníci génovej terapie zaznamenali porovnateľné výsledky pre podobnú liečbu u mladých pacientov s metachromatickou leukodystrofiou mozgového ochorenia.

Ale ex vivo génová terapia funguje najlepšie pre choroby mozgu spôsobené nedostatkom vylučovaného proteínu: Transplantované bunky ju môžu nahradiť vymiznutím molekuly inými neurónovými bunkami, aby ich vyzdvihli. Pre mnohé ochorenia chýba proteín v bunkách a tak všetky bunky, ktoré to potrebujú, musia dostať vektor.

(ZDROJ) CLINICALTRIALS.GOV

Príbeh vírusového vektora, ktorý podľa všetkého zodpovedá tejto potrebe, začína smrťou. Na začiatku roku 2000 bol vedúci oblasti, genetik James Wilson z University of Pennsylvania (UPenn) nútený presmerovať svoj výskum. Wilson viedol proces v roku 1999, v ktorom 18-ročný Jesse Gelsinger zomrel na masívnu imunitnú reakciu na silný vektor adenovírusu, ktorý dostal na liečbu jeho ochorenia pečene. Wilson, ktorý mal finančný záujem o súdny proces, čelil rodinnému súdnemu konaniu a vyšetrovaniu FDA a nakoniec súhlasil s päťročným zákazom vedenia klinických skúšok. Preto sa obrátil na hľadanie nových typov AAV, ktoré boli bezpečnejšie ako adenovírusy a stali sa populárnym vektorom.

V roku 2004 uviedli, že Guangping Gao a ďalší v laboratóriu Wilsona uviedli, že skopírovali ľudskými a primátovými tkanivami a našli viac ako 100 nových AAV s "tropizmom" alebo preferenciou infekcie špecifických typov buniek. Jeden typ, AAV9, bol "na rozdiel od iných AAV. Keď ste ho injekčne podali do krvi vo vysokej dávke, šli všade "- srdce, svaly, mozgové tkanivo - spomína si Wilson. Najcitlivejšia zo všetkých bola schopnosť doma v neurónoch, ktoré sú kľúčom k liečbe mnohých chorôb mozgu a chrbtice.

Ďalší výskumníci sa pokúšali potvrdiť lásku AAV9 k nervovej sústave. V roku 2009 francúzsky tím a laboratórium Briana Kaspara v Nationwide publikovali samostatné články, ktoré galvanizovali pole: Vzhľadom na intravenózne u novorodencov, AAV9 prekonala hematoencefalickú bariéru - tesnú sieť buniek, ktorá chráni centrálny nervový systém pred patogénmi a toxínov a infikovaných neurónov v mieche a mozgu.

Keď bol národný tím pripravený skúsiť AAV9 u ľudí, rozhodol sa zamerať sa na SMA1, najbežnejšiu genetickú príčinu smrti u detí. Dojčatá s ňou nemajú fungujúci gén SMN1, ktorý kóduje proteín nazývaný motorický neurón pre prežitie (SMN), ktorý udržiava spinálne neuróny po celý život. Väčšina ľudí má viac kópií záložného génu, SMN2, ktorý môže produkovať malé množstvá SMN, čo obmedzuje závažnosť ochorenia. Ale ľudia s SMA1 majú len dva z týchto zálohových génov a príliš málo z rozhodujúceho proteínu.

Deti narodené s SMA1 sú diskrétne a nemôžu dobre nasávať alebo zdvihnúť hlavu; pretože chýbajú spinálne motorické neuróny, oslabujú ich svaly a v určitom čase už nemôžu dýchať samy a zomierajú. Tím vedený Kasparom sa rozhodol vytvoriť liečbu inžinierom AAV9 na prenášanie génu SMN. Plánovali ho injekčne intravenózne, keď ukázali, že novorodené myši s SMA1, ktoré boli takto liečené, mali normálnu motorickú funkciu a životnosť.

Ale to by pravdepodobne vyžadovalo masívne množstvo vírusového vektora. Pretože pečeňové bunky sú tiež obľúbeným cieľom AAV, pečeň odstraňuje väčšinu AAV9 injikovaných do krvi; veľa z toho, čo zostáva, ide do iných tkanív. V dôsledku toho menej ako 1% pôvodnej dávky prekonáva hematoencefalickú bariéru, Gray odhadoval, zatiaľ čo on bol postdok s Jude Samulski UNC. Na základe množstva potrebného na liečbu SMA1 myší navrhlo celoštátny tím terapeutickú dávku vektora, ktorá bola 100 krát vyššia ako v minulosti injekčne podaná do krvi pacienta v štúdii génovej terapie.

Napriek tomu testy s opicami naznačovali, že dávka bude bezpečná. FDA a Poradný výbor pre rekombinantné DNA, národný inštitút zdravia (NIH), ktorý recenzuje väčšinu štúdií zameraných na genovú terapiu v USA, schválil štúdiu, ktorú Nationwide a nadácia súhlasili s financovaním. (Nová spoločnosť založená spoločnosťou Kaspar s názvom AveXis financovala neskoršie štádiá skúšok po udelení licencie na liečbu od Nationwide.)

Mnohí výskumní pracovníci v oblasti génovej terapie si však zadržiavajú dych, pretože sa obávajú inej katastrofy podobnej Gelsingerovej chorobe. "Mnoho ľudí bolo nervóznych. Bola to obrovská vírusová záťaž, ktorá sa darí veľmi mladým pacientom, "hovorí Samulski.

Krátko potom, čo prvé dieťa dostalo testovanú dávku terapie AAV9, jej pečeňové enzýmy sa zvýšili na 31-násobok normálnej hodnoty a signalizovali možné poškodenie buniek. "Tú noc som nespal dobre," hovorí Mendell. Ale steroidy rýchlo znížili hladiny a FDA mu odporučila pokračovať, hovorí. Ďalšie tri dojčatá vyvinuli zvýšené hladiny pečeňových enzýmov, ale nedošlo k žiadnym klinickým prejavom poškodenia pečene a štúdia pokračovala.

Hoci skúška bola určená hlavne na overenie bezpečnosti terapie, rýchlo sa ukázalo, že zavedený gén spomalil atrofiu dojčiat. Namiesto toho, aby sa dostali do diskusie a snažili sa dýchať, posilnili. Evelyn ležiac ​​na žalúdku jeden deň začal zdvihnúť hlavu, spomína Elena Villarreal. "Bolo to ako v prípade SMA1." Len teraz len osem z 15 liečených detí potrebuje pomoc z masky na dýchanie. A 11 z 12, ktoré dostali väčšiu z dvoch dávok AAV9 - z ktorých jeden bol liečený neskoro, po 6 mesiacoch - môže sedieť aspoň krátko bez pomoci, jesť a hovoriť. Matteo, chlapec v Miami, Florida, ktorý dostal terapiu len 27 dní po narodení, môže bežať a zasiahne normálne vývojové míľniky, hovorí jeho otec Derwin Almeida.

Výsledky štúdie sú "pozoruhodné", hovorí Charlotte Sumner, výskumná pracovná skupina SMA na Univerzite Johns Hopkins v Baltimore v štáte Maryland. Liek nazývaný nusinersen, pozostávajúci z prameňa RNA, ktorý pomáha génu SMN2 produkovať viac bielkovín, mal rovnako pôsobivé účinky u dojčiat SMA1 v prebiehajúcej štúdii a bol schválený FDA v decembri minulého roka. Ale génová terapia je príťažlivá kvôli "jednorazovej dávke", poznamenáva Sumnerová.

Ako dlho bude liečba fungovať, nie je známa. Na rozdiel od HIV a iných vírusov, ktoré sa používajú na ex vivo génovú terapiu, AAV neintegrujú terapeutický gén do bunkového genómu; uložia ho ako voľne plávajúcu slučku DNA, čo znamená, že účinky sa môžu stratiť, keď sa bunky kopírujú. Ale neuróny sa nerozdeľujú, takže ošetrené tkanivo by malo pokračovať vo výrobe SMN proteínu už roky, hovorí Kevin Flanigan, riaditeľ Nationwide centra génovej terapie.

Ak prínosy génovej terapie nakoniec vyblednú, pacienti s SMA1 budú potrebovať opätovnú liečbu a teraz majú protilátky proti AAV9, ktoré by mohli prekážať. Ale výskumníci z celého sveta pracujú na protiopatreniach, ako je napríklad filtrovanie protilátok z krvi alebo poskytovanie určitých imunosupresívnych liekov, hovorí Mendell.

Ďalšou ďalekou obavou je rakovina. Štúdie od Sandsa a ďalších zistili, že keď IV podáva IV vo veľkých dávkach novonarodeným myšiam, niektoré AAV môžu integrovať svoju DNA do genómu a spôsobiť rakovinu pečene. Sands poznamenáva, že vedci zatiaľ nevedia, či sú tieto výsledky relevantné pre ľudí. Niektorí terapeuti génov sa ubezpečili, že rakovina pečene sa u stoviek pacientov, ktorí boli vystavené AAV v minulých štúdiách génovej terapie, nezaznamenala.

Spoločnosť AveXis spustila druhú štúdiu SMA1 a plánuje tiež liečiť miernejšie formy ochorenia. Ak skúšky prinášajú sľuby terapie, vytváranie dostatočných dávok na uspokojenie potrieb pacientov bude výzvou. Ale hovorca spoločnosti AveXis hovorí, že nová továreň v blízkosti Chicaga v štáte Illinois by mala mať kapacitu každoročne vyrábať dávky 500 narodených SMA1 v Spojených štátoch a Európe. Spoločnosť doteraz neuviedla cenovú značku na liečbu, ale pravdepodobne bude drahá génová terapia na trhu poverená až 700 000 dolárov za liečbu.

WEILL CORNELL MEDICINE BRAIN AND SPINE CENTRE

Teraz, keď sa systémová AAV génová terapia s vysokým dávkovaním javí ako bezpečná, tímy v Nationwide a inde začínajú štúdie pre iné neuromuskulárne ochorenia, ktoré sa zameriavajú na dodanie nového génu pomocou IV do svalových buniek namiesto neurónov.

Vedci tiež skúmajú ďalšiu otázku týkajúcu sa AAV9: Môžu prekročiť hranice pomôcť spinálne neuróny a dostať hlboko do mozgu na dostatočne vysokej úrovni, aby zastavili choroby? Prvé výsledky mohli pochádzať z prebiehajúcej štúdie sponzorovanej spoločnosťou Abeona Therapeutics a vedenej Nationwide, ktorá používa IV podanie AAV9 génovej terapie pre syndróm typu Sanfilippo typu A. Deti s týmto ochorením nemajú enzým potrebný na rozpad heparan sulfátu, molekuly, ktorá sa vytvára v mozgu a spôsobuje poškodenie, ktoré je zrejmé vo ​​veku 2 až 6. Jeden rok po liečbe troch detí boli hladiny heparansulfátu vo svojej mieche prudko klesli, ich zväčšené pečene sa zmenšili a ich skóre na neverbálnych kognitívnych testoch sa zdalo byť stabilizované, informoval Flanigan na stretnutiach.

Iné štúdie sa opierajú o vlastnosti neurónu, ktoré sa vyskytujú v AAV9, ale podávajú ho priamo do centrálneho nervového systému pacienta injekciou do miechovej tekutiny ( pozri tabuľku ). To vyžaduje menej vírusov ako IV, takže výroba nebude prekážkou. môže tiež fungovať lepšie u starších pacientov, ktorých hematoencefalická bariéra je viac rozvinutá ako deti. " A dodávanie miechy by malo znížiť imunitnú odpoveď.

V prvej skúške tejto stratégie skúšanie na NIH poskytlo osem pacientov s ochorením nazývaným obrie axonálna neuropatia a vektor AAV9 obsahujúci náhradný gén pre chybu, ktorá zničila axonové nervové bunky impulzmi prenášajúcimi končatinami - a ovplyvňuje mozog. Gray, ktorého štúdie na zvieratách v laboratóriu Samulskiho položili základy pre skúšku, hovorí, že je príliš skoro na to, aby ohlásil výsledky. Lori Samesová z Rexfordu v New Yorku, ktorej charitatívny fond Hannah's Hope Fund podporoval Grayov výskum, tvrdí, že jej 13-ročná dcéra Hannah, ktorá sa liečila v júli 2016, zaznamenala určité zlepšenia: jej stratu zraku sa stabilizovala a môže sa kŕmiť a stáť s podporou. "Sme skutočne spokojní s tým, čo vidíme," hovorí Sames.

U pacientov s SMA1 a inými progresívnymi poruchami je skorá liečba rozhodujúca. "Akonáhle sú neuróny preč, sú preč," hovorí pediatrický neurolog Jonathan Mink z University of Rochester Medical Center v New Yorku. Súčasní súrodenci detí, ktoré už boli postihnuté týmito genetickými chorobami, sú najpravdepodobnejšie identifikované dostatočne skoro na prevenciu. Ale skupiny pacientov naliehajú na to, aby sa choroby ako ALD a SMA pridali k skríningovým testom novorodencov, čo by mohlo rozšíriť dosah terapie.

Niektorí vedci zostávajú skeptickí, že nové, menej invazívne spôsoby dodávania AAV9 dosiahnu dostatok mozgových buniek. "Mám svoje pochybnosti o tom, že to bude široko aplikovateľné na iné poruchy," hlavne u starších detí, hovorí Ronald Crystal z Weill Cornell Medicine v New Yorku, ktorý použil dodanie lebky na liečbu Battenovej choroby.

Iné génové terapeuti pripájajú svoje nádeje na hľadanie nových AAV vektorov, ktoré sú ešte lepšie pri prekročení hematoencefalickej bariéry. Skupina na Kalifornskom technologickom inštitúte v Pasadene identifikovala niekoľko, vrátane variantu AAV, ktorá prekoná bariéru 40-krát účinnejšie než AAV9 u myší. Voyager Therapeutics v Cambridge, Massachusetts, hovorí, že tieto vektory pôsobia aj opice, aj keď tieto údaje zostávajú nepublikované.

Ako nadšení ako genetickí terapeuti sú v štúdii SMA1, ktorá dala rodičom Evelyn svoju tanečnú malú dievčatko, budú úzkostlivo sledovať, či rovnaká stratégia môže ušetriť viac detí s ťažkými genetickými chorobami. Ak áno, miesto génovej terapie v arzenáli liekov bude zabezpečené. Wilson hovorí: "Toto nebolo skromné ​​zlepšenie. Ide o transformačnú zmenu. To sme vždy dúfali, že bude génová terapia. "

Novinky z vedy, od Jocelyn Kaiser 1. novembra 2017, 17:00

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