Harapan baru terapi gen: penargetan Neuron Virus adalah menyelamatkan nyawa bayi

Tidak ada yang tidak biasa yang melompat keluar setelah bertemu Evelyn, ceria hampir 3-tahun dengan rambut ikal merah-kecuali bahwa dia tidak harus berada di sini, mengobrol dengan seorang pengunjung di ruang tamu keluarganya, memutar-mutar di Tobeï untuk Pharrell Williams lagu "Happy."

Evelyn's kakak Josephine memiliki atrofi otot tulang belakang tipe 1 (SMA1), penyakit genetik yang secara bertahap melumpuhkan bayi. Ia meninggal pada usia 15 bulan. Evelyn adalah kehamilan yang tak terduga, tetapi orangtuanya memutuskan untuk memiliki bayi meskipun peluang seperempat sebuah tragedi yang kedua.

Segera setelah Evelyn lahir di Desember 2014, mereka hancur untuk belajar dari pengujian genetik bahwa dia, juga, memiliki SMA1. "Kami tahu apa yang sedang kita hadapi: kita akan mencintainya untuk selama kita bisa," kata ayahnya, Milan Villarreal. Tetapi malam yang sama, panik pencarian di internet, mereka belajar tentang percobaan klinis di Ohio dan mengirim email. 8 minggu tua, Evelyn menerima pengobatan terapi gen yang memberikan tubuhnya protein penting yang hilang.

Dan sekarang di sini dia, tidak begitu berbeda dari setiap balita sehat. Meskipun ia memiliki lemah paha dan tidak dapat berjalan normal atau melompat, ia dapat berjalan dengan cepat, tari, melacak huruf, melemparkan busa blok, membawa kursi kecil dan memanjat nya ibu Elena putaran. Setelah itu patah hati kehilangan bayi pertama mereka, Villarreals telah menyaksikan dengan takjub saat Evelyn telah merangkak, berjalan dan berbicara. "Itu hanya sebuah keajaiban. Setiap adalah seperti sebuah perayaan. Kami membuka sebotol anggur untuk setiap hal kecil yang dia lakukan,"kata Milan.

MIKE SHANAHAN

Hasil sidang Evelyn berpartisipasi dalam telah terpesona gen terapi peneliti, juga, menandai salah satu keberhasilan paling dramatis sekali-bermasalah Lapangan belum. Semua 15 bayi yang dirawat untuk SMA1, diharapkan untuk mati oleh usia 2, hidup pada 20 bulan atau lebih, dan sebagian dapat duduk, menurut laporan minggu ini di The New England Journal of Medicine (NEJM). Seperti Evelyn, satu laki-laki berjalan. Meskipun obat baru saja disetujui untuk SMA1 telah mencapai efek yang sama, itu harus disuntikkan ke dalam tulang belakang setiap 4 bulan. Terapi gen ini dimaksudkan sebagai pengobatan satu kali, dan itu hanya ditanamkan ke dalam vena. "Aku belum pernah melihat efek [dari terapi gen] yang baik dalam penyakit mematikan," kata ahli saraf Jerry Mendell Nasional Children's Hospital di Columbus, yang memimpin sidang kemarin.

Berita menambah nasib meningkatnya terapi gen. Pengobatan untuk suatu bentuk genetik dari kebutaan, didukung bulan lalu oleh US Food and Drug Administration (FDA) panel Penasehat, berada di trek untuk menjadi terapi gen pertama di Amerika Serikat disetujui untuk suatu penyakit bawaan. Bulan lalu, tim yang dilaporkan di NEJM yang memberikan anak laki-laki transplantasi sel induk yang dimodifikasi secara genetik mereka sendiri bisa menghentikan penyakit otak yang merusak. Terapi gen di pasar di Eropa disembuhkan anak-anak dengan gangguan kekebalan yang mengancam jiwa, dan lain-lain dalam pengembangan yang membantu hemophiliacs pergi pembekuan darah obat.

Tetapi SMA1 studi istirahat tanah karena itu menunjukkan kekuatan dari vektor baru, virus membawa gen terapeutik yang ditanamkan ke dalam vena, dapat membawa muatan untuk sistem saraf pusat, melintasi penghalang darah - otak disebut. Sebelumnya, upaya untuk mengobati penyakit saraf dengan terapi gen sering memiliki hasil loyo, dan memberikan vektor kadang-kadang diperlukan pengeboran lubang di tengkorak pasien. Sekarang, para ilmuwan telah sukses tak terbantahkan memberikan terapi gen ke dalam sistem saraf pusat. Hasil ini juga menghilangkan kekhawatiran bahwa banjir aliran darah dengan virus dapat mengakibatkan tragedi yang lain seperti kematian seorang remaja dalam percobaan terapi gen 18 tahun yang lalu, yang melemparkan bidang ke kekacauan.

Pengobatan baru jelas keselamatan dan keberhasilan adalah emboldening peneliti lain untuk menggunakan terapi gen yang disampaikan ke vena atau tulang belakang untuk mengobati penyakit neurologis dan berotot langka anak, dan orang dewasa bahkan umum gangguan seperti penyakit Parkinson. "Itu membuka sebuah konsep baru untuk bidang yang telah menjadi sangat berhati-hati," kata Federico Mingozzi, yang baru saja meninggalkan Généthon nirlaba Perancis menjadi pejabat ilmiah perusahaan terapi gen Spark Therapeutics di Philadelphia, Pennsylvania.

"Orang-orang akan melihat ke belakang dan melihat ini sebagai sebuah tonggak dalam jenis baru obat yang akan memiliki luas implikasi bagi banyak dan banyak penyakit," menambahkan gen terapi peneliti Steven Gray dari University of North Carolina (UNC) di Chapel Hill.

Pada awalnya, ketika binatang itu pasien, mengobati penyakit saraf dengan terapi gen tampak mudah. 1990-an, peneliti menyuntikkan otak bayi tikus yang direkayasa untuk memiliki gangguan metabolik tertentu dengan vektor virus yang membawa sebuah gen yang hilang. Hasil "mengejutkan, itu begitu baik," kenang Mark Sands dari Washington University School of Medicine di St Louis, Missouri. Tapi otak tikus kecil, ia menambahkan. "Tantangannya adalah bagaimana Anda skala dari otak tikus yang beratnya setengah gram untuk otak anak bobot yang 1000 gram. Itulah perbedaan 2000-fold dalam skala. Bagaimana Anda melakukan pekerjaan itu?"

Ternyata para peneliti tidak bisa. Pada tahun 1996, tim disuntikkan partikel lemak yang mengandung gen kuratif ke tengkorak dua anak yang memiliki gangguan otak yang disebut penyakit Canavan. Penelitian ini kontroversial, dan itu tidak membantu pasien. Beberapa hal yang sama peneliti kemudian dirawat 13 lebih banyak Canavan pasien dengan membosankan enam lubang ke tengkorak mereka dan menyuntikkan vektor dari virus yang tampaknya tidak berbahaya yang dikenal sebagai virus adeno terkait (AAV); Sidang AAV serupa terjadi untuk gangguan genetik otak parah masa kanak-kanak lain, Batten penyakit.

Pengobatan tidak berbuat banyak untuk penyakit lambat, namun. Para peneliti di satu sidang dengan Taiwan anak-anak yang mengalami cacat dari kekurangan dua bahan kimia otak tidak melaporkan manfaat yang signifikan. Namun hasil untuk penyakit lainnya telah equivocal. Monyet penelitian telah menyarankan bahwa AAV vektor Apakah tidak menyebar jauh dari situs injeksi, jadi tidak cukup sel-sel otak mungkin menerima gen baru. "Mereka juga usaha-usaha heroik dalam banyak cara, tetapi teknologi tidak ideal," Gray mengatakan.

Pendekatan yang berbeda menghasilkan keberhasilan hanya padat di penyakit saraf. Peneliti mengambil darah stem cells dari pasien, digunakan dimodifikasi HIV menjahit dalam sebuah gen yang baru, dan ditanamkan sel kembali ke pasien. Beberapa sel yang kemudian bermigrasi ke otak dan membentuk mendukung neuron sel-sel yang disebut glia yang dihasilkan protein yang dibutuhkan. 15 anak laki-laki, menurut sebuah studi yang diterbitkan bulan lalu dalam NEJM, ini "ex vivo" gen terapi berhenti penyakit fatal yang disebut adrenoleukodystrophy (ALD), yang membinasakan selubung mielin di sekitar neuron. Peneliti terapi gen Italiatelah melaporkan hasil yang sebandinguntuk perlakuan yang sama diberikan kepada pasien-pasien muda leukodystrophy metachromatic penyakit otak.

Tapi ex vivo terapi gen bekerja terbaik untuk penyakit otak yang disebabkan oleh kurangnya disekresi protein: transplantasi sel dapat menggantikannya dengan mengaduk-aduk molekul untuk sel-sel saraf lain untuk menjemput. Untuk banyak gangguan, protein hilang beroperasi dalam sel, dan sel-sel sehingga semua yang perlu harus menerima vektor.

(SUMBER)CLINICALTRIALS.GOV

Kisah vektor virus yang tampaknya untuk menjawab kebutuhan ini dimulai dengan kematian. Pada awal 2000-an pemimpin bidang, ahli genetika James Wilson dari University of Pennsylvania (UPenn), dipaksa untuk mengarahkan penelitian. Wilson telah memimpin sidang 1999 di mana 18-year-old Jesse Gelsinger mati dari reaksi kekebalan yang besar untuk vektor adenovirus ampuh yang telah diterimanya untuk mengobati penyakit hati Nya. Wilson, yang memiliki kepentingan finansial dalam sidang, menghadapi gugatan oleh keluarga dan penyelidikan FDA, dan dia akhirnya setuju untuk 5 tahun larangan terkemuka uji klinis. Jadi ia berbalik untuk menemukan jenis baru dari AAVs, yang lebih aman daripada adenovirus dan telah menjadi populer vektor.

Pada tahun 2004, Guangping Gao dan lain-lain di laboratorium Wilson melaporkan bahwa mereka telah disisir melalui jaringan manusia dan primata dan menemukan lebih dari 100 baru AAVs dengan "tropisme", atau preferensi, untuk menginfeksi jenis sel yang tertentu. Satu jenis, AAV9, adalah "tidak seperti AAV lainnya. Ketika Anda disuntikkan ke dalam darah dengan dosis tinggi, itu ke mana-mana "— jantung, otot, jaringan otak-Wilson kenang. Menggoda kebanyakan dari semua adalah kemampuannya untuk rumah di pada neuron, yang adalah kunci untuk mengobati banyak penyakit tulang belakang dan otak.

Peneliti lain bergegas untuk mengkonfirmasi cinta AAV9 dari sistem saraf. Pada tahun 2009, tim Perancis dan laboratorium Brian Kaspar di Nasional diterbitkan kertas terpisah yang galvanis bidang: diberikan secara infus untuk bayi tikus, AAV9 melintasi penghalang darah - otak-jaringan ketat sel-sel yang melindungi sistem saraf pusat dari patogen dan racun — dan terinfeksi neuron seluruh sumsum tulang belakang dan otak.

Ketika tim nasional siap untuk mencoba AAV9 pada orang, memilih untuk menargetkan SMA1, genetik penyebab paling umum kematian pada bayi. Bayi dengan itu kekurangan berfungsi SMN1 gen, yang kode untuk protein yang disebut kelangsungan hidup motor neuron (SMN) yang mendukung tulang belakang neuron sepanjang hidup. Kebanyakan orang memiliki beberapa salinan gen cadangan, SMN2, yang dapat menghasilkan sejumlah kecil SMN, membatasi tingkat keparahan penyakit. Tetapi orang-orang dengan SMA1 memiliki hanya dua dari gen mereka cadangan, dan terlalu sedikit protein penting.

Bayi yang lahir dengan SMA1 disket dan tidak dapat sedot Yah atau mengangkat kepala mereka; karena tulang belakang motor neuron hilang, otot mereka melemahkan, dan di beberapa titik mereka tidak lagi dapat bernapas sendiri dan mati. Tim yang dipimpin oleh Kaspar berangkat untuk mengembangkan pengobatan dengan teknik AAV9 untuk membawa gen SMN. Mereka berencana untuk menyuntikkan intravena, setelah menunjukkan bahwa bayi tikus dengan SMA1 yang diperlakukan dengan cara ini memiliki fungsi motorik normal dan rentang kehidupan.

Tapi itu mungkin memerlukan sejumlah besar vektor virus. Karena sel hati juga target favorit AAVs, hati menghapus sebagian AAV9 yang disuntikkan ke dalam darah; banyak dari apa yang masih pergi ke jaringan lain. Sebagai akibatnya, kurang dari 1% dari dosis asli melintasi penghalang darah - otak, abu-abu yang diperkirakan sementara ia postdoc dengan UNC's Jude Samulski. Berdasarkan jumlah yang dibutuhkan untuk mengobati tikus SMA1, tim nasional mengusulkan dosis terapi vektor 100 kali lebih tinggi daripada yang pernah disuntikkan ke dalam darah pasien dalam terapi gen percobaan.

Namun tes dengan monyet menyarankan dosis akan aman. FDA dan Komite Penasihat DNA rekombinan, tubuh National Institutes of Health (NIH) yang ulasan kebanyakan US percobaan terapi gen, disetujui studi, yang nasional dan Yayasan setuju untuk mendanai. (Sebuah perusahaan yang baru mendirikan oleh Kaspar disebut AveXis didanai tahap percobaan setelah perizinan terapi dari nasional.)

Namun, banyak peneliti terapi gen mengadakan napas mereka, takut bencana Gelsinger-seperti yang lain. "Itu beberapa orang gugup. Ini adalah beban virus yang luar biasa yang diberikan kepada pasien sangat muda,"kata Samulski.

Segera setelah bayi pertama menerima dosis uji terapi AAV9, enzim hati Nya melonjak 31 kali normal, sinyal seluler mungkin kerusakan. "Saya tidak tidur nyenyak malam itu," kata Mendell. Tetapi steroid cepat membawa tingkat turun dan FDA menyarankan dia untuk terus, katanya. Tiga bayi lain dikembangkan ditinggikan enzim hati, tapi ada tidak ada tanda-tanda klinis kerusakan hati dan sidang melanjutkan.

Meskipun pengadilan ini terutama dirancang untuk menguji keamanan terapi, dengan cepat menjadi jelas bahwa memperkenalkan gen melambat atrofi bayi. Daripada menjadi floppier dan berjuang untuk bernapas, mereka mendapat lebih kuat. Berbaring di perutnya, Evelyn satu hari mulai untuk mengangkat kepalanya, kenang Elena Villarreal. "Itu seperti, hanya itu, yang mustahil dengan SMA1." Sekarang, hanya delapan dari 15 bayi diobati membutuhkan bantuan dari masker untuk bernapas. Dan 11 dari 12 yang diterima lebih besar dari dua AAV9 dosis — satu di antaranya diperlakukan terlambat, pada 6 bulan-dapat duduk setidaknya singkat tanpa bantuan, makan, dan berbicara. Matteo, seorang anak di Miami, Florida, yang mendapat terapi hanya 27 hari setelah melahirkan, dapat berjalan dan memukul tahapan perkembangan normal, ayahnya, Derwin Almeida.

Hasil sidang "luar biasa," kata Charlotte Sumner, peneliti SMA di Johns Hopkins University di Baltimore, Maryland. Obat yang disebut nusinersen, terdiri dari seuntai RNA yang membantu menghasilkan lebih banyak protein, gen SMN2 telahsama-sama mengesankan efekSMA1 bayi di studi yang sedang berlangsung, dan telah disetujui oleh FDA Desember lalu. Tetapi terapi gen menarik karena "satu-dan-selesai manfaat," catatan Sumner.

Berapa lama pengobatan akan bekerja tidak diketahui. Tidak seperti HIV dan virus lainnya digunakan untuk ex vivo terapi gen, AAVs tidak mengintegrasikan gen terapeutik ke dalam genom sel; mereka menyimpannya sebagai loop mengambang bebas DNA, yang berarti bahwa efek dapat hilang karena sel-sel menyalin sendiri. Tapi neuron tidak membagi, sehingga jaringan diperlakukan harus terus memproduksi SMN protein selama bertahun-tahun, kata Kevin Flanigan, Direktur nasional di pusat terapi gen.

Jika manfaat terapi gen akhirnya memudar, pasien SMA1 perlu retreatment, dan mereka sekarang memiliki antibodi terhadap AAV9 yang mungkin menghambat proses itu. Tapi Nasional peneliti yang bekerja pada langkah-langkah, seperti penyaringan antibodi dari darah atau memberikan obat-obatan tertentu immunosuppressing, Mendell mengatakan.

Lain khawatir jauh adalah kanker. Studi oleh Sands dan lain-lain telah menemukan bahwa ketika diberikan oleh IV dalam dosis besar untuk bayi tikus, AAVs beberapa dapat mengintegrasikan DNA mereka ke dalam genom dan menyebabkan kanker hati. Sands catatan bahwa para ilmuwan tidak belum tahu apakah hasil tersebut relevan dengan manusia. Beberapa terapis gen meyakinkan bahwa kanker hati tidak muncul dalam ratusan pasien yang terkena AAVs di masa lalu percobaan terapi gen.

AveXis telah meluncurkan sebuah studi SMA1 kedua, dan juga rencana untuk mengobati bentuk lebih ringan dari kondisi. Jika percobaan beruang menjanjikan terapi, memproduksi dosis cukup untuk memenuhi pasien kebutuhan akan menjadi sebuah tantangan. Tapi juru AveXis mengatakan pabrik baru di Chicago, Illinois, harus memiliki kapasitas untuk menghasilkan dosis untuk kelahiran SMA1 500 setiap tahun di Amerika Serikat dan Eropa. Perusahaan telah tidak belum meletakkan label harga pada pengobatan, tetapi kemungkinan besar akan mahal — terapi gen pada perintah pasar ke atas $700.000 per pengobatan.

WEILL CORNELL OBAT OTAK DAN TULANG BELAKANG PUSAT

Sekarang bahwa dosis tinggi, sistemik disampaikan terapi gen AAV muncul aman, tim di seluruh wilayah Indonesia dan tempat lain meluncurkan uji untuk penyakit neuromuskuler lainnya, yang akan bertujuan untuk memberikan gen baru oleh IV untuk sel-sel otot daripada neuron.

Para ilmuwan juga menjelajahi pertanyaan berikutnya untuk AAV9: dapat melampaui membantu tulang belakang neuron dan mencapai jauh ke otak pada tingkat cukup tinggi untuk menghentikan penyakit tidak? Hasil pertama bisa datang dari yang sedang berlangsung sidang, disponsori oleh perusahaan Abeona Therapeutics dan dijalankan oleh nasional, yang menggunakan pengiriman IV terapi gen AAV9 untuk Sanfilippo tipe A sindrom. Anak-anak dengan penyakit kekurangan enzim yang diperlukan untuk memecah heparan sulfat, molekul yang membangun di otak dan menyebabkan kerusakan yang jelas pada usia 2-6. Satu tahun setelah tiga anak dirawat, tingkat heparan sulfat dalam cairan tulang belakang mereka telah menurun tajam, hati mereka membesar telah menyusut, dan mereka nilai pada tes kognitif nonverbal tampaknya telah stabil, Flanigan telah melaporkan pada pertemuan.

Uji coba lain bergantung pada AAV9's neuron-homing properti tetapi mengelola langsung ke sistem saraf pusat pasien melalui suntikan ke (cairan tulang belakangLihat tabel). Hal ini memerlukan lebih sedikit virus daripada pengiriman IV, sehingga manufaktur tidak akan sebanyak halangan; Hotel ini juga dapat bekerja lebih baik untuk pasien yang lebih tua, penghalang darah - otak yang lebih berkembang daripada bayi. Dan tulang belakang pengiriman harus mengurangi respon imun apapun.

Dalam tes pertama dari strategi ini, pengadilan di NIH telah diberikan delapan pasien dengan penyakit disebut raksasa axonal neuropati vektor AAV9 yang mengandung gen penggantian yang salah, yang membinasakan Akson — sel-sel saraf mengirimkan impuls sulur — dan mempengaruhi otak. Abu-abu, studi yang hewan di laboratorium Samulski yang meletakkan dasar bagi sidang, mengatakan itu terlalu dini untuk hasil laporan. Tapi Lori Sames Hudson NY, New York, Hannah amal yang harapan Fund didukung penelitian Gray's, mengatakan bahwa kursi roda, berusia 13 tahun putrinya Hannah, diperlakukan pada Juli tahun 2016, telah melihat beberapa perbaikan: dia kehilangan penglihatan telah stabil, dan dia dapat memberi makan dirinya sendiri dan berdiri dengan dukungan. "Kami sangat senang dengan apa yang kita lihat," kata Sames.

Untuk pasien dengan SMA1 dan gangguan lainnya progresif, pengobatan dini sangat penting. "Sekali neuron hilang, mereka pergi," kata ahli saraf pediatrik Jonathan Mink dari University of Rochester Medical Center di New York. Untuk sekarang, saudara kandung anak-anak yang sudah terserang penyakit ini genetik yang paling mungkin diidentifikasi cukup dini untuk pengobatan pencegahan. Tapi kelompok pasien mendesak bahwa penyakit seperti ALD dan SMA ditambahkan ke tes skrining yang baru lahir, yang dapat memperluas jangkauan terapi.

Beberapa peneliti tetap skeptis bahwa cara-cara baru dan kurang invasif memberikan AAV9 akan mencapai sel-sel otak cukup. "Saya memiliki keraguan saya bahwa ia akan menjadi secara luas dapat diaplikasikan untuk gangguan lain," terutama di anak-anak, kata Ronald Crystal Weill Cornell kedokteran di New York City, yang telah digunakan tengkorak pengiriman untuk mengobati penyakit Batten.

Terapis gen lain adalah PIN harapan mereka menemukan baru AAV vektor yang bahkan lebih melintasi penghalang darah - otak. Sebuah kelompok di California Institute of Technology di Pasadena telah mengidentifikasi beberapa, termasuk AAV varian yang melintasi penghalang 40 kali lebih efektif daripada AAV9 pada tikus. Voyager Therapeutics di Cambridge, Massachusetts, mengatakan vektor-vektor ini muncul untuk bekerja di monyet, juga, meskipun data tersebut tetap tidak diterbitkan.

Seperti senang seperti gen terapis dengan studi SMA1 yang memberi darirony orangtua mereka menari gadis kecil, mereka akan menonton cemas untuk melihat apakah strategi yang sama dapat menyimpan lebih banyak anak dengan penyakit genetik yang parah. Jika tidak, tempat terapi gen dalam Kedokteran gudang akan terjamin. Wilson mengatakan: "ini bukanlah sebuah perbaikan sederhana. Ini adalah perubahan transformasi. Itu adalah apa yang kita telah selalu berharap terapi gen akan."

Berita dari ilmu pengetahuan, olehJocelyn Kaiser1 Nov. 2017, 5:00 PM

http://www.sciencemag.org/News/2017/11/Gene-Therapy-s-New-Hope-neuron-targeting-virus-Saving-Infant-Lives