Terapia genowa niesie ze sobą ogromny potencjał w leczeniu szeregu chorób genetycznych i nabytych ze względu na jej zdolność do zastępowania lub inaktywacji genów chorobotwórczych. Wiele terapii genowych opiera się na małych, niepatogennych wirusach, znanych jako wektory wirusowe związane z adenowirusami (AAV), które dostarczają geny do komórek. Obecnie istnieje pięć zatwierdzonych przez FDA terapii genowych AAV: Luxturna na dziedziczną dystrofię siatkówki, Zolgensma na rdzeniowy zanik mięśni typu 1, Hemgenix na hemofilię B, Elevidys na dystrofię mięśniową Duchenne’a i Roctavian na ciężką hemofilię A. Pomimo znacznego postępu w terapii genowej rozwoju, nadal pozostają kluczowe przeszkody, w tym usprawnienie dostarczania AAV. W Wiadomości o odkrywaniu leków seminarium naukowcy omówili innowacyjne strategie przezwyciężenia tych i innych wyzwań oraz zaprezentowali kilka nowych, ekscytujących zastosowań terapii genowych AAV.

Leczenie złamanego serca

Dawn Bowles, mikrobiolog z Duke University i prowadząca pierwsze seminarium, omówiła zastosowanie terapii genowej AAV w celu poprawy wyników przeszczepu serca. Jej długoterminowym celem jest zastosowanie terapii genowej AAV do ekspresji cząsteczek hamujących odpowiedź immunologiczną, aby zapobiec odrzuceniu narządu i zmniejszyć niepowodzenie przeszczepu. Wyeliminowałoby to potrzebę stosowania leków immunosupresyjnych po przeszczepie serca i chroniłoby przeszczepiany narząd przed atakiem immunologicznym. „To zdecydowanie niezaspokojona potrzeba ze względu na negatywny wpływ przewlekłej immunosupresji na biorcy” – stwierdził Bowles.

W eksperymencie sprawdzającym słuszność koncepcji grupa Bowlesa zastosowała ex vivo urządzenie reperfuzyjne umożliwiające wstrzyknięcie do serca świni dawcy AAV zawierających gen lucyferazy. Urządzenie utrzymywało serce dawcy świni w stanie zbliżonym do fizjologicznego i umożliwiało wielokrotne przejścia wektora terapii genowej, aby zmaksymalizować podawanie przed przeszczepem. Po dwóch godzinach perfuzji serca uzyskano stabilną ekspresję lucyferazy, która utrzymywała się przez kilka dni u zwierzęcia biorcy, bez żadnych efektów ubocznych ani ekspresji lucyferazy w innych narządach. Planują skorzystać ex vivo terapii genowej w celu dostarczenia wektorów wirusowych, które poprawiają czynność serca dawcy przed przeszczepieniem.

Zespół również bada ex vivo Terapia genowa do autoprzeszczepiania w celu odwrócenia lub zapobiegania niewydolności serca. Wiąże się to z usunięciem serca pacjenta, podaniem terapii genowej w urządzeniu i ponownym umieszczeniem go w ciele pacjenta.

Strojenie odpowiedzi immunologicznej

Oprócz zapobiegania atakowi organizmu na przeszczepiony narząd, hamowanie odpowiedzi immunologicznej poprawiłoby także skuteczność terapii genowej i umożliwiłoby jej dostęp do większej liczby osób. 90 procent populacji ludzkiej było już narażonych na jeden lub więcej serotypów AAV, dlatego wielu pacjentów nie kwalifikuje się do terapii genowej, ponieważ mają wcześniej istniejącą odporność na wektor wirusowy. U innych pacjentów terapia genowa wywołuje odpowiedź immunologiczną, która może sprawić, że terapia będzie nieskuteczna. „40–50 procent pacjentów, którzy w przeciwnym razie mogliby zostać objęci badaniami nad terapią genową, jest wykluczanych z powodu krążących przeciwciał, które rozpoznają te wirusy i je unieszkodliwiają” – powiedziała Samira Kiani, bioinżynier z Uniwersytetu w Pittsburghu i prowadząca drugie seminarium.

Aby uporać się z tym problemem, grupa Kianiego użyła palców cynkowych specjalnie zaprojektowanych w celu tłumienia pierwotnej odpowiedzi na różnicowanie szpiku 88 (MójD88), kluczowy element aktywacji odpowiedzi immunologicznej. Usuwa to odpowiedź immunologiczną na antygeny kapsydowe AAV, co uczy układ odpornościowy ich ignorowania lub tolerowania. Podczas swojej prezentacji Kiani omówiła wstępne dane swojego zespołu wskazujące, że nanocząsteczki lipidowe zawierające palce cynkowe skutecznie tłumią MójD88na żywo, zmniejszając odpowiedź przeciwciał przeciwko AAV. „Mamy nadzieję, że instruując układ odpornościowy, aby ignorował wirusy terapii genowej, będziemy mieli dostęp do terapii ratujących życie tym pacjentom, którzy zostali wykluczeni z badań klinicznych ze względu na wysoki poziom istniejących przeciwciał” – powiedział Kiani.

Projektowanie AAV

Naukowcy wykorzystują również fakt, że kapsydy AAV można poddać inżynierii genetycznej w celu wykazania korzystnych cech, takich jak zmniejszona immunogenność lub ulepszona skuteczność terapii genowej. Podczas trzeciej prezentacji David Schaffer, inżynier chemik z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, omówił ewolucję ukierunkowaną, proces, w ramach którego naukowcy wprowadzają losowe mutacje do kapsydów AAV typu dzikiego i poddają je iteracyjnemu procesowi selekcji w celu zidentyfikowania tych o pożądanych parametrach. cechy. „Mamy ponad miliard nowych opracowanych wersji AAV, z których każda może stanowić rozwiązanie problemu terapii genowej, który staramy się rozwiązać” – powiedział Schaffer.

Omówił zastosowanie ukierunkowanej ewolucji w celu usprawnienia terapii genowej AAV w zwyrodnieniu plamki żółtej, chorobie, w której wysoka ekspresja czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) zabija neurony fotoreceptorów i prowadzi do ślepoty. Tradycyjne metody leczenia były bezpieczne i skuteczne, wymagały jednak wielokrotnych wstrzyknięć do oczu rocznie, co ograniczało przestrzeganie zaleceń przez pacjenta. Aby obejść ten problem, zespół Schaffera opracował AAV zdolne do penetracji siatkówki i dotarcia do neuronów fotoreceptorów. AAV kodowały aflibercept, a VEGF inhibitor. Badanie I fazy przeprowadzone na początku 2022 r. wykazało, że pojedyncza dawka tej terapii genowej wyeliminowała potrzebę podawania zastrzyków anty-VEGF u pięciu pacjentów. Dywersyfikacja i selekcja genetyczna wirusa AAV umożliwiła zespołowi badawczemu Schaffera zaprojektowanie wektorów na potrzeby ośmiu prowadzonych obecnie badań klinicznych na ludziach.

Poprawa bezpieczeństwa wektorów

Pomyślnie zaprojektowane kapsydy AAV, które wykazują pożądane cechy, zaczynają się od wysokiej jakości kapsydów typu dzikiego. Wiele wektorów AAV zawiera defekty DNA, które stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa. Podczas ostatniego wykładu na seminarium Weidong Xiao, wirusolog molekularny na Uniwersytecie Indiana, omówił, w jaki sposób jego zespół rozszyfrowuje pochodzenie różnorodnych genomów AAV i jak to pochodzenie wpływa na funkcjonalność wektora. Omówił badanie innej grupy badawczej, w którym naukowcy podali myszom pusty wektor bez genu. Odkryli, że pusty wektor zintegrował się z genami myszy, znacznie zwiększając ryzyko raka wątroby u myszy podatnych na raka. Grupa Xiao odkryła, że ​​błędy replikacji lub zdarzenia rekombinacji podczas pakowania AAV w sposób niezamierzony spowodowały wprowadzenie nietypowych struktur do wektorów AAV zwanych genomami „snapback” (SBG). Te niezwykłe struktury były podobne do pustych wektorów, które powodowały raka u myszy i mogły wynikać z wiązania fragmentów obu nici wektorowego genomu DNA. „Genomy snapbacku występują w każdym preparacie wektora, a ich ilość jest różna” – powiedział Xiao. „To sugeruje możliwość istnienia złych cząstek w naszych preparatach wektorowych”. Zmiana orientacji genów w wektorze AAV może potencjalnie uniemożliwić wiązanie i sprawić, że wektory będą bezpieczniejsze.

Prace Bowlesa, Kianiego, Schaffera i Xiao ilustrują postępy, jakie czynią naukowcy, aby rozwiązać kluczowe wyzwania związane z terapią genową, w tym zapobiegać immunogenności wektorów, usprawniać poród i poprawiać bezpieczeństwo. W miarę jak coraz więcej terapii genowych będzie częścią puli dostępnych metod leczenia, pojawią się nowe wyzwania.

„Teraz, gdy mamy pięć terapii genowych AAV zatwierdzonych przez FDA, będziemy musieli wyprodukować tonę wektorów” – powiedział Schaffer. Jest to istotne i utrzymujące się wyzwanie. Bowles zgodził się: „Pięta achillesowa pracuje. Myślę, że będzie to nas ograniczało we wszystkich aplikacjach, które opracowujemy”.

Aby dowiedzieć się więcej o pracy Bowlesa, Kianiego, Schaffera i Xiao nad pokonywaniem wyzwań terapii genowej, zobacz seminarium na żądanie na Wiadomości o odkrywaniu leków strona internetowa.