Good Mood

da Katie Bradys søn blev født, syntes alt normalt. Hospitalspersonalet prikkede hælen for at få blod til en rutinemæssig nyfødt screeningstest, og hun og hendes mand ventede på resultatet uden særlig bekymring., Parret havde allerede tre børn-alle piger-og det eneste, der så ud til at adskille Henry fra hans søskende ved fødslen, var det faktum, at han var en dreng.

men i de efterfølgende dage fik han ikke så meget vægt som Bradys andre børn havde gjort umiddelbart efter fødslen. Så kom resultatet fra blodprøven tilbage, og Brady ‘ s bekymring steg., “Vi fik opkaldet, da han var seks dage gammel, siger, at hans screening af nyfødte kom tilbage usikkert for cystisk fibrose,” siger hun, med henvisning til den ofte dødelige sygdom, som chlorid kan ikke flyde ind og ud af celler, der normalt forårsager slim oprustning i lungerne, der skaber grobund for dødelige infektioner. Da Henry var tre uger gammel, hans familie bragte ham tilbage til hospitalet, hvor lægerne analyserede hans sved. Testen viste høje niveauer af chlorid, hvilket bekræfter alles frygt. Henry havde sygdommen.,

Det medicinske team tog yderligere prøver af Henry ‘ s blodet for at finde ud af, hvilke mutationer, som han bar i genet ved roden af hans tilstand: cystisk fibrose transmembrane ledningsevne regulator (CFTR). “Vi fandt ikke ud af hans genmutation før otte uger senere,” siger Brady. Selvom cystisk fibrose er en af de mest almindelige livstruende genetiske lidelser, der påvirker anslået 90,000 mennesker over hele verden, er nogle CFTR-mutationer mere almindelige end andre., Desuden har personer med cystisk fibrose mutationer i begge deres CFTR-gener, så forskellige mennesker har forskellige kombinationer af mutationer.Henry viste sig at have en ultra-sjælden mutation i begge kopier af hans CFTR-gen. “De har fortalt os, at der måske er to andre mennesker i landet eller verden, der har sin genkombination,” siger Brady.

friske muligheder

det seneste årti har bragt enorme gennembrud i lægemiddelbehandlinger for cystisk fibrose., I 2012 godkendte US Food and Drug Administration (FDA) ivacaftor, der blev solgt under varemærket Kalydeco af Verte.Pharmaceuticals i Boston, Massachusetts. Ivacaftor var det første lægemiddel til behandling af den underliggende årsag til cystisk fibrose ved at redde funktionen af proteinet fremstillet af CFTR, og flere lægemidler, der virker på en lignende måde, er ankommet siden da. I 2019, FDA godkendt Vertex ‘ s Trikafta, en triple-narkotika kombination af ivacaftor, elexacaftor og tezacaftor, at øget lungefunktion hos personer med cystisk fibrose med et gennemsnit på 14% i kliniske trials1., Selvom dette kun lyder som en mindre forbedring, siger patienterne, at de føler forskellen med selv små stigninger i lungefunktionen. Trikafta arbejder for mennesker med cystisk fibrose, der har mindst en kopi af f508del-mutationen i deres CFTR-gener. Det tegner sig for omkring 90% af dem med betingelsen.

Henry har dog ikke den mutation eller nogen af de andre håndfulde mutationer, som nylige lægemidler har målrettet mod. Han er blandt dem, der har ultra-sjældne mutationer i CFTR, der forhindrer genet i at producere noget som helst protein., Narkotika kan ikke redde proteinet, fordi det ikke er der. “De medicin, der er kommet ud, hjælper ham slet ikke,” siger hans mor. For patienter som Henry er genetiske terapier det mest lovende håb for et sundt liv.

forskere har forsøgt i 30 år at udøve genterapi mod cystisk fibrose. I tidligere bestræbelser fungerede de vira, de konstruerede til at levere arbejdskopien af genet i celler, ikke effektivt., Takket være bedre vektorer og andre innovationer i levering af genetiske sekvenser nærmer genudskiftningsterapier sig kliniske forsøg, og feltet får fart.

I oktober 2019 Cystic Fibrosis Foundation, en non-profit organisation i Bethesda, Maryland, meddelte OS,$500 millioner i støtte over de næste seks år til forskning i behandling for cystisk fibrose, herunder gen-terapi-metoder., Og i April 2020 sagde Verte.Pharmaceuticals, at det samarbejdede med bioteknologiselskabet Affinia Therapeutics i .altham, Massachusetts, for at udvikle genterapier til cystisk fibrose.Michael Boyle, administrerende direktør for Cystic fibrose Foundation, siger, at forskere bør undersøge mange forskellige genetiske terapier, der kan hjælpe mennesker, hvis sygdom ikke kan behandles med stoffer som Trikafta. “Vi vil have en masse skud på mål i denne sidste gruppe,” siger han.

genbaserede terapier godkendes allerede til andre sygdomme., I slutningen af 2017, for eksempel, FDA lavet overskrifter ved at godkende et in vivo-gen-udskiftning terapi kaldes voretigene neparvovec, eller Luxturna, som behandler en sjælden form for arvelig blindhed.Katie Brady siger, at læger har ændret deres melodi og er meget mere optimistiske med hensyn til genterapimuligheder end de var, da Henry blev født. “Da han blev diagnosticeret for fem år siden, sagde de, at videnskaben er kommet langt, og store ting kommer, men de var ikke så håbefulde som de er nu,” siger hun. “Det er bare en helt anden verden., Vi har fået at vide i de sidste to år, at de tror, at der sandsynligvis vil være noget for ham, så han kan leve et normalt liv.”

going viral

forskere identificerede først2 CFTR-genet som den skyldige bag cystisk fibrose i 1989. Bare et år senere viste to forskellige grupper3,4 uafhængigt, at det var muligt at introducere genet i e.vivo-celler ved hjælp af en viral vektor, hvilket fik cellerne til at producere CFTR-proteinet. Dette bevis på koncept ansporet forskning i genterapi mod cystisk fibrose ved hjælp af adenovirus som virale vektorer., Normalt ville adenovirus forårsage forkølelse eller andre luftvejsinfektioner, men forskerne brugte ikke-skadelige versioner og konstruerede dem, så de bar CFTR-genet. I 1993 blev resultaterne fra det første kliniske forsøg med denne tilgang5.

1993-forsøg, der er gennemført af et team, der omfattede biologer ved University of Iowa College of Medicine i Iowa City, og på den bioteknologiske virksomhed, Genzyme i Cambridge, Massachusetts, var et tidligt forsøg på en form for terapi kaldes gen udskiftning., I denne tilgang introduceres genet i en persons celler, men sekvensen integreres ikke i deres DNA. Men resultaterne fra dette første genterapiforsøg for cystisk fibrose var mangelfulde-som det var tilfældet med andre forsøg i de næste mange år.

forskere begyndte at bekymre sig om, at den gentagne administration af de adenovirusbaserede behandlinger fik kroppen til at producere et immunrespons, der neutraliserede virussen, hvilket gjorde behandlingen ineffektiv. Så ramte tragedien., I 1999 gennemgik en 18-årig ved navn Jesse Gelsinger en adenovirusbaseret behandling for en arvelig lidelse. Fire dage senere døde han af en massiv immunreaktion kaldet en cytokin storm.

genterapiområdet stoppede pludselig. Da arbejdet gradvist blev genoptaget, skød forskersamfundet adenovirus og skiftede til adeno-associerede vira (AAV ‘ er), som blev antaget at forårsage et mildere immunrespons., I februar 1999, før Gelsinger ‘ s tragiske død, en gruppe på Stanford University School of Medicine i Californien havde offentliggjort resultaterne fra et klinisk forsøg af ti patienter med cystisk fibrose, der blev givet genterapi, at der anvendes en AAV vector6. Dette forsøg, og de efterfølgende, gav ikke en større forbedring af symptomerne. Men de syntes heller ikke at forårsage de massive immunologiske problemer, der opstod med adenovirusvektorer.

medicinalfirmaer forfølger stadig AAV ‘ er til behandling af cystisk fibrose., Den gen-terapi selskab 4D Molekylær Therapeutics i Emeryville, Californien, har flere AAV-baserede behandlinger i præklinisk udvikling, og Spirovant, et gen-terapi fast i Philadelphia, Pennsylvania, er også at forfølge denne tilgang. David Schaffer, en bioingeniør ved University of California, Berkeley, og medstifter af 4D Molecular Therapeutics, siger, at virksomheden bruger en AAV, der er konstrueret til at være mere smitsom (men stadig harmløs), så den kan nå flere celler i lungerne. Han siger, at firmaet håber at teste denne tilgang mod cystisk fibrose i kliniske forsøg i 2021., “Vi har nu vores førende AAV, som er meget, meget bedre end hvad der hidtil har været i klinikken for cystisk fibrose,” siger Schaffer.

AAV-vektorer har størrelsesbegrænsninger. De små, der bedst er i stand til at komme ind i celler, kan kun bære gensekvenser på op til omkring 4, 7 kilobaser., CFTR-gensekvensen, der tilføjes i dem, er omkring 4, 6 kilobaser, hvilket betyder, at der næsten ikke er plads tilbage for forskere til at inkorporere yderligere sekvenser, der kan bidrage til at fremme proteinproduktion fra genet. Sådanne promotorsekvenser ville teoretisk øge produktionen og gøre vektoren bedre til at hæve CFTR-proteinniveauer. Spirovant administrerende direktør Joan Lau siger, at hendes firma har proprietære innovationer til at løse dette problem. “Vi har en funktionel CFTR, der er lidt kortere og en stærk promotor, der passer inden for AAV ‘s bæreevne,” siger hun.,

Spirovant og andre virksomheder ser også ud over AAV ‘ er med særlig fokus på lentivirus. Eric Alton, en biolog ved Imperial College London, forklarer, at lentivirus kan bære en større genindsættelse end AAV ‘ er kan. Lentiviruses også synes at være mindre tilbøjelige til at blive neutraliseret og ødelagt af immunsystemet end AAVs, tilføjer Alton, der er koordinator af den BRITISKE Cystisk Fibrose genterapi Konsortium, som består af forskere fra Imperial College London, University of Oxford og University of Edinburgh., Desuden, fordi lentiviruses integreres i værtscellernes DNA, behøver de muligvis ikke at blive administreret så ofte. Konsortiet har samarbejdet med den farmaceutiske producent Boehringer Ingelheim i Ingelheim, Tyskland, for at forfølge en lentivirusbaseret genterapi mod cystisk fibrose, som er i det prækliniske stadium.

Virusalternativer

forskere har også set ud over virale vektorer for at levere genbaserede terapier. For eksempel har en fremgangsmåde været at injicere CFTR-genet direkte, men med lipidmolekyler tilsat omkring det for at beskytte den genetiske sekvens mod nedbrydning., Forsøg med denne tilgang går tilbage til begyndelsen af 1990 ‘ erne. men dengang var niveauet af proteinproduktion ikke højt nok til at bevæge terapien fremad — og hvilken lille effekt det gav, syntes ikke at vare længe nok. I 2015 tog det britiske cystisk fibrose Genterapikonsortium en liposombaseret behandling så langt som en fase IIb-forsøg7, men det forbedrede kun lungefunktionen med et par procentpoint og gik aldrig videre til markedet. Alton siger, at han og hans kolleger stadig arbejder for at gøre den liposombaserede behandling mere effektiv. “Vi har ikke afsat det,” siger han.,i stedet for at levere DNA-koden til det defekte CFTR-gen, forsøger nogle grupper at levere RNA for at hjælpe mennesker med cystisk fibrose. For eksempel gør terapifirmaet Translate Bio i Le .ington, Massachusetts, dette ved hjælp af messenger RNA (mRNA). Normalt kopieres DNA i cellekernen til mRNA, som derefter går ind i cellecytoplasma og tjener som skabelon til proteinproduktion. Oversæt Bio springer det første trin ved direkte at levere mRNA til CFTR i lungeceller., Virksomheden har lanceret et klinisk forsøg, hvor mindst 40 voksne vil blive tilfældigt tildelt til at modtage denne behandling eller en placebo. I februar 2020 meddelte firmaet, at FDA havde givet fast-track status til denne behandling, hvilket betyder, at Translate Bio vil have hyppigere møder med reguleringsorganet, som kunne beslutte at flytte behandlingen hurtigere mod godkendelse.

en anden tilgang, der involverer RNA, kommer fra det biofarmaceutiske firma ReCode Therapeutics i Dallas, te .as., Den metode, virksomheden har udviklet, er afhængig af transfer RNA (tRNA) — korte sekvenser, der hjælper med at færge aminosyremolekyler til det cellulære maskiner til at producere proteiner. Visse tRNA-molekyler starter og stopper også denne proteinproduktionsproces. Desværre rekrutterer nogle cystisk fibrose-mutationer for tidligt tRNA-molekylerne, der signalerer produktionen af CFTR-protein til at stoppe. ReCode ‘ s tilgang involverer at skabe tRNA-molekyler, der narrer maskinerne til fortsat at fremstille CFTR-proteinet., “Det tRNA, vi bruger, ligner virkelig det naturlige tRNA,” siger David Lockhart, præsident for ReCode Therapeutics, men med et T .ist, der gør det muligt at holde proteinproduktionen i gang.andre lægemiddeludviklere arbejder på såkaldte gennemlæsningsmetoder, der tilskynder celler til at ignorere det for tidlige stopsignal i visse cystiske fibrose-mutationer. For eksempel, Eloxx Lægemidler i Waltham, Massachusetts, har designet et molekyle, tricks cellulære maskiner selv — kendt som ribosom — at holde montering af CFTR-protein ved at ignorere stop-beskeder fra tRNA., Virksomheden stoppede sit fase II-forsøg med denne terapi på grund af COVID-19-pandemien, men det siger, at det håber at genoptage denne kliniske undersøgelse snart.

de Fleste af de seneste buzz inden for genterapi for cystisk fibrose er omgivet gen redigering med systemer såsom CRISPR–Cas9, en metode, hvor DNA-patienters celler, der er direkte rettet på en sådan måde, at de efterfølgende celler, der produceres af replikation bære en fungerende version af CFTR-genet., (I modsætning hertil resulterer behandlinger leveret af AAV’ er ikke i, at erstatningsgener integreres i cellernes DNA; faktisk forsvinder de ofte over tid på grund af celleomsætning.) Det ultimative håb er, at patienter en dag kan få en enkelt CRISPR-behandling, der reparerer deres lungeceller for livet. Dette, siger forskere, ville være en sand kur mod cystisk fibrose.

Nogle af de mest fristende beviser for CRISPRS løfte kommer fra eksperimenter med organoider — klynger af patienters celler, der vokser til at have nogle af egenskaberne ved et organ., I August 2019, et team af forskere, herunder molekylær virologen Anna Cereseto på University of Trento i Italien viste, at CRISPR kunne redigere de fejl i CFTR og forårsage genet til at producere funktionelle proteiner i organoids8. Det gjorde det også med succes i luftvejsceller afledt af celler taget fra en person med cystisk fibrose. Og i februar 2020, forskere på Hubrecht Institute i Utrecht i Holland anvendes en præcis CRISPR tilgang, hedder base-redigering til at rette den mutation i CFTR-genet, og beviste, at det fungerede i organoids9.,

vej mod en kur

Der er stadig bekymringer om, hvordan man bedst leverer genbaserede terapier til cystisk fibrose. Lungerne divergerer i mindre og mindre grene, og det er vanskeligt at få en terapi til at nå de mindste, dybeste dele af lungerne. “Den største udfordring er at levere en vektor til så mange af epitelcellerne, der beklæder luftvejene som muligt,” siger genetiker Chris Boyd ved University of Edinburgh i Storbritannien.,

For en gen-redigering af tilgang som CRISPR (eller endda lentiviruses) til at give et sandt ‘kur’, det skal nå lunge stamceller, siger Sriram Vaidyanathan, der forsker i stamceller transplantation på Stanford University. “En holdbar genterapi for cystisk fibrose, “siger han,” ville være nødt til at korrigere sygdomsfremkaldende mutationer i luftvejsstamceller, der giver anledning til resten af cellerne i luftvejene.,”Vaidyanathan var hovedforfatter på en undersøgelse offentliggjort i December 2019, der viste, at en CRISPR-tilgang kunne korrigere så mange som halvdelen af de øvre luftvejsceller taget fra mennesker med cystisk fibrosis10.

en anden bekymring er, at CRISPR-terapier kan redigere det forkerte sted i genomet. Nogle forskere siger, at sådanne off-target-effekter kan forårsage kræftmutationer.Katie Brady siger, at hendes familie ville have brug for forsikringer om, at enhver genbaseret terapi, som hendes søn måtte modtage i fremtiden, er sikker. “Vi vil gerne være sikre på, hvad det rent faktisk gør,” siger hun., Men Brady ser ivrig på de fremskridt, der gøres med genetiske behandlinger. “Jeg ved, at det sandsynligvis er den rute, som vi sandsynligvis bliver nødt til at gå, fordi hans mutationer er så sjældne. Vi er alle for at prøve noget, der kan hjælpe Henry og har minimale bivirkninger.”