Stanowiąc ważny krok w kierunku skuteczniejszych terapii genowych chorób mózgu, naukowcy z Broad Institute of MIT i Harvardu opracowali pojazd do dostarczania genów, który wykorzystuje ludzkie białko do skutecznego przekraczania bariery krew-mózg i dostarczania genu istotnego dla choroby do mózgu. mózgu myszy wykazujących ekspresję ludzkiego białka. Ponieważ nośnik wiąże się z dobrze zbadanym białkiem w barierze krew-mózg, naukowcy twierdzą, że ma duże szanse zadziałać u pacjentów.
Terapia genowa mogłaby potencjalnie leczyć szereg poważnych genetycznych zaburzeń mózgu, na które obecnie nie ma lekarstwa i istnieje niewiele opcji leczenia. Jednak zatwierdzone przez FDA formy najczęściej używanego nośnika do pakowania i dostarczania tych terapii do komórek docelowych, wirusy związane z adenowirusami (AAV), nie są w stanie skutecznie przekraczać bariery krew-mózg w dużych ilościach i dostarczać ładunku terapeutycznego. Ogromne wyzwanie, jakim jest pokonanie tej bariery – wysoce selektywnej błony oddzielającej krew od mózgu – od dziesięcioleci utrudnia rozwój bezpieczniejszych i skuteczniejszych terapii genowych chorób mózgu.
Teraz badacze z laboratorium Bena Devermana, naukowca z instytutu i starszego dyrektora inżynierii wektorów w Broad, opracowali pierwszy opublikowany AAV, którego celem jest ludzkie białko, aby dotrzeć do mózgu humanizowanych myszy. AAV wiąże się z ludzkim receptorem transferyny, który u ludzi ulega silnej ekspresji w barierze krew-mózg. W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science zespół wykazał, że AAV po wstrzyknięciu do krwioobiegu myszy wykazujących ekspresję humanizowanego receptora transferyny przenika do mózgu w znacznie wyższych stężeniach niż AAV stosowany w terapii genowej zatwierdzonej przez FDA centralny układ nerwowy, AAV9. Dotarł także do dużej części ważnych typów komórek mózgowych, w tym neuronów i astrocytów. Następnie naukowcy wykazali, że ich AAV może dostarczać kopie genu GBA1, który powiązano z chorobą Gauchera, otępieniem z ciałami Lewy'ego i chorobą Parkinsona, do dużej części komórek w mózgu.
Naukowcy dodają, że ich nowy AAV może okazać się lepszą opcją w leczeniu zaburzeń neurorozwojowych spowodowanych mutacjami w pojedynczym genie, takimi jak zespół Retta czy niedobór SHANK3; lizosomalne choroby spichrzeniowe, takie jak niedobór GBA1; oraz choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Huntingtona, choroba prionowa, ataksja Friedreicha i jednogenowe postacie ALS i choroby Parkinsona.
„Odkąd dotarliśmy do Broad, skupiliśmy się na misji umożliwienia terapii genowych centralnego układu nerwowego” – powiedział Deverman, starszy autor badania. „Jeśli ten AAV zrobi to, co sądzimy na podstawie naszych badań na myszach, że będzie u ludzi, będzie o wiele skuteczniejszy niż obecne opcje”.
„Te AAV mają potencjał, aby zmienić życie wielu pacjentów” – powiedział Ken Chan, współpierwszy autor artykułu i lider grupy z grupy Devermana, który od prawie roku pracuje nad rozwiązaniem problemu dostarczania genów do centralnego układu nerwowego. dekada.
Najpierw mechanizm
Przez lata badacze opracowywali AAV do konkretnych zastosowań, przygotowując ogromne biblioteki AAV i testując je na zwierzętach w celu zidentyfikowania najlepszych kandydatów. Ale nawet jeśli to podejście się powiedzie, kandydaci często nie działają na innych gatunkach, a podejście to nie dostarcza informacji o tym, w jaki sposób AAV osiągają swoje cele. Może to utrudnić przeniesienie terapii genowej z wykorzystaniem tych AAV ze zwierząt na ludzi.
Aby znaleźć pojazd dostawczy z większą szansą dotarcia do mózgu człowieka, zespół Devermana zastosował inne podejście. Zastosowali metodę opublikowaną w zeszłym roku, która polega na przeszukiwaniu biblioteki AAV w probówce pod kątem tych, które wiążą się z określonym ludzkim białkiem. Następnie testują najbardziej obiecujących kandydatów w komórkach i myszach, które zostały zmodyfikowane w celu ekspresji białka.
Jako cel badacze wybrali ludzki receptor transferyny, który od dawna jest celem terapii opartych na przeciwciałach, których celem jest dotarcie do mózgu. Wykazano, że kilka z tych terapii dociera do mózgu człowieka.
Zastosowana przez zespół technika przesiewowa zidentyfikowała AAV o nazwie BI-hTFR1, który wiąże się z ludzkim receptorem transferyny, przedostaje się do ludzkich komórek mózgowych i omija ludzki model bariery krew-mózg.
„Wiele nauczyliśmy się z badań przesiewowych in vivo, ale trudno było znaleźć AAV, które działałyby tak dobrze u różnych gatunków” – dodał Qin Huang, współpierwszy autor badania i starszy pracownik naukowy w laboratorium Devermana, który pomógł opracować metoda przesiewowa mająca na celu znalezienie AAV wiążących określone cele białkowe. „Znalezienie takiego, który działa przy użyciu ludzkiego receptora, to duży krok naprzód”.
Poza naczyniem
Do testowania AAV na zwierzętach naukowcy wykorzystali myszy, u których mysi gen kodujący receptor transferyny zastąpiono jego ludzkim odpowiednikiem. Zespół wstrzyknął AAV do krwiobiegu dorosłych myszy i stwierdził dramatycznie wyższy poziom AAV w mózgu i rdzeniu kręgowym w porównaniu z myszami bez genu ludzkiego receptora transferyny, co wskazuje, że receptor aktywnie przenosi AAV przez barierę krew-mózg .
AAV wykazywały także 40–50 razy większą akumulację w tkance mózgowej niż AAV9, który stanowi część zatwierdzonej przez FDA terapii rdzeniowego zaniku mięśni u niemowląt, ale jest stosunkowo nieskuteczny w dostarczaniu ładunku do mózgu osoby dorosłej. Nowe AAV dotarły do 71 procent neuronów i 92 procent astrocytów w różnych obszarach mózgu.
W pracach kierowanych przez naukowca Jasona Wu zespół Devermana wykorzystał również AAV do dostarczenia zdrowych kopii ludzkiego genu GBA1, który ulega mutacji w kilku stanach neurologicznych. Nowe AAV dostarczyły u myszy 30 razy więcej kopii genu GBA1 niż AAV9 i zostały dostarczone do całego mózgu.
Zespół stwierdził, że nowe AAV idealnie nadają się do terapii genowej, ponieważ są ukierunkowane na ludzkie białko i mają podobną wydajność produkcji i oczyszczania jak AAV9 przy użyciu skalowalnych metod produkcji. Firma biotechnologiczna, której współzałożycielem jest Deverman, Apertura Gene Therapy, już opracowuje nowe terapie wykorzystujące AAV do działania na centralny układ nerwowy.
Naukowcy uważają, że wraz z dalszym rozwojem możliwe będzie zwiększenie efektywności dostarczania genów przez AAV do ośrodkowego układu nerwowego, zmniejszenie ich gromadzenia się w wątrobie i uniknięcie inaktywacji przez przeciwciała u niektórych pacjentów.
Sonia Vallabh i Eric Minikel, dwaj badacze z Broad, którzy opracowują metody leczenia chorób prionowych, są podekscytowani potencjałem AAV w zakresie terapii mózgu u ludzi.
„Kiedy myślimy o terapii genowej w przypadku choroby całego mózgu, takiej jak choroba prionowa, do osiągnięcia czegokolwiek potrzebne jest naprawdę ogólnoustrojowe dostarczanie i szeroka biodystrybucja” – powiedział Minikel. „Naturalnie występujące AAV po prostu do niczego cię nie zaprowadzą. Ten zaprojektowany kapsyd otwiera świat możliwości”.