Good Mood

Als Katie Bradys Sohn geboren wurde, schien alles normal zu sein. Das Krankenhauspersonal stach in die Ferse, um Blut für einen routinemäßigen Neugeborenen-Screening-Test zu erhalten, und sie und ihr Mann warteten ohne große Bedenken auf das Ergebnis., Das Paar hatte bereits drei Kinder — alle Mädchen-und das einzige, was Henry bei der Geburt von seinen Geschwistern zu unterscheiden schien, war die Tatsache, dass er ein Junge war.

Aber in den folgenden Tagen nahm er nicht so viel zu wie Bradys andere Kinder unmittelbar nach der Geburt. Dann kam das Ergebnis des Bluttests zurück und Bradys Besorgnis nahm zu., „Wir bekamen den Anruf, als er sechs Tage alt war und sagte, dass sein neugeborenes Screening für Mukoviszidose nicht schlüssig war“, sagt sie und bezieht sich auf den oft tödlichen genetischen Zustand, bei dem Chlorid nicht normal in die Zellen ein-und ausfließen kann und Schleimbildung in der Lunge verursacht, die einen Nährboden für tödliche Infektionen schafft. Als Henry drei Wochen alt war, brachte ihn seine Familie zurück ins Krankenhaus, wo Ärzte seinen Schweiß analysierten. Der Test zeigte einen hohen Chloridgehalt und bestätigte die Ängste aller. Henry hatte die Krankheit.,

Das medizinische Team nahm zusätzliche Proben von Henrys Blut, um herauszufinden, welche Mutationen er im Gen an der Wurzel seines Zustands trug: Mukoviszidose-Transmembran-Leitfähigkeitsregulator (CFTR). „Wir haben seine Genmutation erst acht Wochen später herausgefunden“, sagt Brady. Obwohl Mukoviszidose eine der häufigsten lebensbedrohlichen genetischen Störungen ist und schätzungsweise 90.000 Menschen weltweit betrifft, sind einige CFTR-Mutationen häufiger als andere., Darüber hinaus haben Individuen mit Mukoviszidose Mutationen in ihren beiden CFTR-Genen, so dass verschiedene Menschen unterschiedliche Kombinationen von Mutationen haben.

Henry erwies sich als extrem seltene Mutation in beiden Kopien seines CFTR-Gens. „Sie haben uns gesagt, dass es vielleicht zwei andere Menschen auf dem Land oder der Welt gibt, die seine Genkombination haben“, sagt Brady.

Frische Optionen

Das letzte Jahrzehnt hat enorme Durchbrüche bei der medikamentösen Behandlung von Mukoviszidose gebracht., Im Jahr 2012 genehmigte die US Food and Drug Administration (FDA) ivacaftor, verkauft unter dem Markennamen Kalydeco von Vertex Pharmaceuticals in Boston, Massachusetts. Ivacaftor war das erste Medikament, das die zugrunde liegende Ursache der Mukoviszidose behandelte, indem es die Funktion des von CFTR hergestellten Proteins rettete, und seitdem sind weitere Medikamente eingetroffen, die auf ähnliche Weise wirken. Im Jahr 2019 genehmigte die FDA Vertex ‚ s Trikafta, eine dreifache Wirkstoffkombination aus Ivacaftor, Elexacaftor und Tezacaftor, die die Lungenfunktion bei Menschen mit Mukoviszidose in klinischen Studien um durchschnittlich 14% erhöht1., Obwohl dies nur nach einer geringfügigen Verbesserung klingt, sagen die Patienten, dass sie den Unterschied bei selbst geringen Erhöhungen der Lungenfunktion spüren. Trikafta arbeitet für Menschen mit Mukoviszidose, die mindestens eine Kopie der F508del-Mutation in ihren CFTR-Genen haben. Das macht rund 90% derjenigen mit der Erkrankung aus.

Henry hat diese Mutation oder eine der anderen Handvoll Mutationen, auf die die jüngsten Medikamente abzielen, jedoch nicht. Er gehört zu denen, die extrem seltene Mutationen in CFTR haben, die verhindern, dass das Gen irgendein Protein produziert., Drogen können das Protein nicht retten, weil es nicht da ist. „Die Medikamente, die herauskommen, werden ihm überhaupt nicht helfen“, sagt seine Mutter. Für Patienten wie Henry sind Gentherapien die vielversprechendste Hoffnung auf ein gesundes Leben.

Wissenschaftler versuchen seit 30 Jahren Gentherapie gegen Mukoviszidose zu betreiben. In früheren Bemühungen funktionierten die Viren, die sie entwickelt haben, um die Arbeitskopie des Gens in Zellen zu liefern, nicht effektiv., Dank besserer Vektoren und anderer Innovationen bei der Bereitstellung genetischer Sequenzen nähern sich Genersatztherapien nun klinischen Studien, und das Feld gewinnt an Dynamik.

Im Oktober 2019 gab die Cystic Fibrosis Foundation, eine gemeinnützige Organisation in Bethesda, Maryland, in den nächsten sechs Jahren 500 Millionen US-Dollar für die Erforschung von Behandlungen für Mukoviszidose, einschließlich Gentherapieansätzen, bekannt., Und im April 2020 gab Vertex Pharmaceuticals bekannt, dass es mit dem Biotechnologieunternehmen Affinia Therapeutics in Waltham, Massachusetts, zusammenarbeitet, um Gentherapien für Mukoviszidose zu entwickeln.

Michael Boyle, Geschäftsführer der Cystic Fibrosis Foundation, sagt, dass Wissenschaftler viele verschiedene Gentherapien erforschen sollten, die Menschen helfen könnten, deren Krankheit nicht mit Medikamenten wie Trikafta behandelt werden kann. „Wir wollen in dieser letzten Gruppe viele Torschüsse haben“, sagt er.

Genbasierte Therapien sind bereits für andere Krankheiten zugelassen., Ende 2017 sorgte beispielsweise die FDA für Schlagzeilen, als sie eine In-vivo-Genersatztherapie namens voretigene Neparvovec oder Luxturna genehmigte, die eine seltene Form der Erblindung behandelt.

Katie Brady sagt, dass Ärzte ihre Melodie geändert haben und sind viel optimistischer über Gentherapie-Optionen, als sie waren, als Henry geboren wurde. „Als er vor fünf Jahren diagnostiziert wurde, sagten sie, dass die Wissenschaft einen langen Weg zurückgelegt hat und große Dinge kommen, aber sie waren nicht annähernd so hoffnungsvoll wie jetzt“, sagt sie. „Es ist nur eine ganz andere Welt., Uns wurde in den letzten zwei Jahren gesagt, dass sie glauben, dass es wahrscheinlich etwas für ihn geben wird, damit er ein normales Leben führen kann.“

Going viral

Wissenschaftler identifizierten erstmals 2 das CFTR-Gen als Täter hinter Mukoviszidose im Jahr 1989. Nur ein Jahr später zwei verschiedene Gruppe3, 4 zeigten unabhängig voneinander, dass es möglich war, das Gen mithilfe eines viralen Vektors in Ex-vivo-Zellen einzuführen, wodurch die Zellen das CFTR-Protein produzierten. Dieser Proof of Concept spornte die Forschung zur Gentherapie gegen Mukoviszidose unter Verwendung von Adenoviren als virale Vektoren an., Normalerweise würden Adenoviren die Erkältung oder andere Infektionen der Atemwege verursachen, aber die Forscher verwendeten nicht schädliche Versionen und entwickelten sie so, dass sie das CFTR-Gen trugen. 1993 wurden Ergebnisse der ersten klinischen Studie dieses Ansatzes veröffentlicht5.

Die 1993-Studie, die von einem Team durchgeführt wurde, das Biologen am University of Iowa College of Medicine in Iowa City und am Biotechnologieunternehmen Genzyme in Cambridge, Massachusetts, umfasste, war ein früher Versuch einer Art Therapie namens Genersatz., Bei diesem Ansatz wird das Gen in die Zellen einer Person eingeführt, aber die Sequenz integriert sich nicht in ihre DNA. Die Ergebnisse dieser ersten Gentherapiestudie gegen Mukoviszidose waren jedoch glanzlos — wie auch bei anderen Studien in den nächsten Jahren.

Wissenschaftler begannen sich Sorgen zu machen, dass die wiederholte Verabreichung der auf Adenovirus basierenden Behandlungen dazu führte, dass der Körper eine Immunantwort hervorrief, die das Virus neutralisierte und die Behandlung unwirksam machte. Dann schlug die Tragödie ein., 1999 unterzog sich ein 18-Jähriger namens Jesse Gelsinger einer Adenovirus-basierten Behandlung für eine Erbkrankheit. Vier Tage später starb er an einer massiven Immunreaktion, die als Zytokinsturm bezeichnet wurde.

Das Feld der Gentherapie kam abrupt zum Stillstand. Als die Arbeit allmählich wieder aufgenommen wurde, ließ die Forschungsgemeinschaft Adenoviren fallen und wechselte zu adeno-assoziierten Viren (AAVs), von denen angenommen wurde, dass sie eine mildere Immunantwort hervorrufen., Im Februar 1999, vor Gelsingers tragischem Tod, hatte eine Gruppe an der Stanford University School of Medicine in Kalifornien die Ergebnisse einer klinischen Studie mit zehn Patienten mit Mukoviszidose veröffentlicht, denen eine Gentherapie mit einem AAV vector6 verabreicht wurde. Diese Studie und nachfolgende Studien führten nicht zu einer wesentlichen Verbesserung der Symptome. Aber sie schienen auch nicht die massiven immunologischen Probleme zu verursachen, die mit Adenovirus-Vektoren auftraten.

Arzneimittelunternehmen verfolgen immer noch AAVs zur Behandlung von Mukoviszidose., Das Gentherapieunternehmen 4D Molecular Therapeutics in Emeryville, Kalifornien, verfügt über mehrere AAV-basierte Therapien in der präklinischen Entwicklung, und Spirovant, ein Gentherapieunternehmen in Philadelphia, Pennsylvania, verfolgt diesen Ansatz ebenfalls. David Schaffer, Bioingenieur an der University of California, Berkeley und Mitbegründer von 4D Molecular Therapeutics, sagt, dass das Unternehmen ein AAV verwendet, das so konstruiert wurde, dass es infektiöser (aber immer noch harmlos) ist kann mehr Zellen in der Lunge erreichen. Er sagt, dass die Firma hofft, diesen Ansatz gegen Mukoviszidose in klinischen Studien im Jahr 2021 zu testen., „Wir haben jetzt unseren Lead AAV, der viel, viel besser ist als das, was bisher in der Klinik für Mukoviszidose war“, sagt Schaffer.

AAV-Vektoren haben Größe Grenzen. Die Kleinen, die am besten in Zellen gelangen, können nur Gensequenzen von bis zu 4,7 Kilobasen tragen., Die CFTR-Gensequenz, die ihnen zugesetzt wird, beträgt etwa 4,6 Kilobasen, was bedeutet, dass den Wissenschaftlern fast kein Platz mehr bleibt, um zusätzliche Sequenzen zu integrieren, die dazu beitragen können, die Proteinproduktion aus dem Gen zu fördern. Solche Promotorsequenzen würden theoretisch die Produktion ankurbeln und den Vektor bei der Erhöhung des CFTR-Proteinspiegels verbessern. Spirovant – Geschäftsführer Joan Lau sagt, dass ihr Unternehmen proprietäre Innovationen hat, um dieses Problem anzugehen. „Wir haben einen funktionalen CFTR, der etwas kürzer ist, und einen starken Promotor, der in die Tragfähigkeit des AAV passt“, sagt sie.,

Spirovant und andere Unternehmen blicken auch über AAVs hinaus, mit besonderem Fokus auf Lentiviren. Eric Alton, Biologe am Imperial College London, erklärt, dass Lentiviren eine größere Geninsertion tragen können als AAVs. Lentiviren scheinen auch weniger wahrscheinlich vom Immunsystem neutralisiert und zerstört zu werden als AAVs, fügt Alton hinzu, der Koordinator des britischen Mukoviszidose-Gentherapie-Konsortiums ist, das sich aus Wissenschaftlern des Imperial College London, der Universität Oxford und der Universität Edinburgh zusammensetzt., Da sich Lentiviren in die DNA von Wirtszellen integrieren, müssen sie möglicherweise nicht so oft verabreicht werden. Das Konsortium hat sich mit dem Pharmahersteller Boehringer Ingelheim in Ingelheim, Deutschland, zusammengetan, um eine Gentherapie auf Lentivirus-Basis gegen Mukoviszidose zu verfolgen, die sich im präklinischen Stadium befindet.

Virusalternativen

Wissenschaftler haben auch über virale Vektoren hinaus nach genetischen Therapien gesucht. Zum Beispiel bestand ein Ansatz darin, das CFTR-Gen direkt zu injizieren, jedoch mit Lipidmolekülen, die um es herum hinzugefügt wurden, um die genetische Sequenz vor dem Abbau zu schützen., Versuche mit diesem Ansatz gehen auf die frühen 1990er Jahre zurück. Aber damals war die Proteinproduktion nicht hoch genug, um die Therapie voranzutreiben — und welche geringe Wirkung sie hatte, schien nicht lange genug zu dauern. Im Jahr 2015 nahm das britische Mukoviszidose-Gentherapie-Konsortium eine liposomenbasierte Behandlung bis zu einem Phase-IIb-Test7, verbesserte jedoch nur die Lungenfunktion um einige Prozentpunkte und kam nie auf den Markt. Alton sagt, dass er und seine Kollegen immer noch daran arbeiten, die liposomenbasierte Behandlung effizienter zu gestalten. „Wir haben es nicht beiseite gelegt“, sagt er.,

Anstatt den DNA-Code für das fehlerhafte CFTR-Gen zu liefern, versuchen einige Gruppen, RNA zu liefern, um Menschen mit Mukoviszidose zu helfen. Zum Beispiel macht das Therapeutikunternehmen Translate Bio in Lexington, Massachusetts, dies mit Messenger-RNA (mRNA). Normalerweise wird DNA im Zellkern in mRNA kopiert, die dann in das Zellzytoplasma gelangt und als Vorlage für die Proteinproduktion dient. Translate Bio überspringt den ersten Schritt, indem die mRNA für CFTR direkt in Lungenzellen abgegeben wird., Das Unternehmen hat eine klinische Studie gestartet, in der mindestens 40 Erwachsene nach dem Zufallsprinzip für diese Behandlung oder ein Placebo zugelassen werden. Im Februar 2020 gab das Unternehmen bekannt, dass die FDA dieser Behandlung den Fast-Track-Status gewährt habe, was bedeutet, dass Translate Bio häufigere Treffen mit der Regulierungsbehörde haben wird, die beschließen könnte, die Behandlung schneller in Richtung Genehmigung zu verschieben.

Ein weiterer Ansatz mit RNA stammt vom biopharmazeutischen Unternehmen ReCode Therapeutics in Dallas, Texas., Die Methode, die das Unternehmen entwickelt hat, beruht auf Transfer-RNA (tRNA) — kurzen Sequenzen, die helfen, Aminosäuremoleküle in die zelluläre Maschinerie zu befördern, um Proteine zu produzieren. Bestimmte tRNA-Moleküle starten und stoppen auch diesen Proteinproduktionsprozess. Leider rekrutieren einige Mukoviszidose-Mutationen vorzeitig die tRNA-Moleküle, die signalisieren, dass die Produktion von CFTR-Protein stoppt. Recodes Ansatz beinhaltet die Schaffung von tRNA-Molekülen, die die Maschinerie dazu verleiten, das CFTR-Protein weiterhin herzustellen., „Die tRNA, die wir verwenden, ist der natürlichen tRNA sehr ähnlich“, sagt David Lockhart, Präsident von ReCode Therapeutics, aber mit einer Wendung, die es ermöglicht, die Proteinproduktion am Laufen zu halten.

Andere Arzneimittelentwickler arbeiten an sogenannten Read-Through-Ansätzen, die Zellen dazu ermutigen, das vorzeitige Stoppsignal bei bestimmten Mukoviszidose-Mutationen zu ignorieren. Zum Beispiel hat Eloxx Pharmaceuticals in Waltham, Massachusetts, ein Molekül entwickelt, das die zelluläre Maschinerie selbst — bekannt als das Ribosom — dazu bringt, das CFTR-Protein weiter zusammenzusetzen, indem es Stoppmeldungen von tRNA ignoriert., Das Unternehmen hat seine Phase-II-Studie zu dieser Therapie aufgrund der COVID-19-Pandemie eingestellt, hofft jedoch, diese klinische Untersuchung bald wieder aufzunehmen.

Die meisten der jüngsten Entwicklungen auf dem Gebiet der Gentherapie bei Mukoviszidose umfassten die Genbearbeitung mit Systemen wie CRISPR–Cas9, einer Methode, bei der die DNA von Patientenzellen direkt so korrigiert wird, dass nachfolgende durch Replikation produzierte Zellen eine funktionierende Version des CFTR-Gens tragen., (Im Gegensatz dazu führen Behandlungen, die von AAVs durchgeführt werden, nicht dazu, dass Ersatzgene in die DNA der Zellen integriert werden; Tatsächlich verschwinden sie oft im Laufe der Zeit aufgrund des Zellumsatzes.) Die ultimative Hoffnung ist, dass Patienten eines Tages eine einzige CRISPR-Behandlung erhalten, die ihre Lungenzellen lebenslang repariert. Dies, sagen Wissenschaftler, wäre ein wahres Heilmittel für Mukoviszidose.

Einige der verlockendsten Beweise für Crisprs Versprechen stammen aus Experimenten mit Organoiden — Clustern von Patientenzellen, die einige der Eigenschaften eines Organs aufweisen., Im August 2019 zeigte ein Team von Wissenschaftlern, darunter die Molekularvirologin Anna Cereseto an der Universität Trient in Italien, dass CRISPR die Fehler in der CFTR herausarbeiten und dazu führen kann, dass das Gen funktionelle Proteine in Organoids8 produziert. Dies gelang auch erfolgreich in Atemwegszellen, die aus Zellen stammen, die einer Person mit Mukoviszidose entnommen wurden. Und im Februar 2020 verwendeten Wissenschaftler des Hubrecht-Instituts in Utrecht in den Niederlanden einen präzisen CRISPR-Ansatz namens Base Editing, um die Mutation im CFTR-Gen zu korrigieren, und bewiesen, dass es in Organoids9 funktioniert.,

Weg zu einer Heilung

Es bestehen weiterhin Sorgen darüber, wie genbasierte Therapien für Mukoviszidose am besten eingesetzt werden können. Die Lungen divergieren in immer kleinere Äste, und eine Therapie zu bekommen, um die kleinsten, tiefsten Teile der Lunge zu erreichen, ist schwierig. „Die größte Herausforderung besteht darin, so viele der Epithelzellen, die die Atemwege auskleiden, wie möglich mit einem Vektor zu versorgen“, sagt der Genetiker Chris Boyd an der Universität Edinburgh in Großbritannien.,

Damit ein Gen-Editing-Ansatz wie CRISPR (oder sogar Lentiviren) eine echte „Heilung“ bietet, muss er die Stammzellen der Lunge erreichen, sagt Sriram Vaidyanathan, der an der Stanford University an Stammzelltransplantationen forscht. „Eine dauerhafte Gentherapie für Mukoviszidose“, sagt er, “ müsste krankheitsverursachende Mutationen in Atemwegsstammzellen korrigieren, die den Rest der Zellen in den Atemwegen hervorrufen.,“Vaidyanathan war der Hauptautor einer im Dezember 2019 veröffentlichten Studie, die zeigte, dass ein CRISPR-Ansatz bis zu die Hälfte der oberen Atemwegszellen von Menschen mit zystischer Fibrose korrigieren könnte10.

Ein weiteres Problem ist, dass CRISPR-Therapien möglicherweise die falsche Stelle im Genom bearbeiten. Einige Wissenschaftler sagen, dass solche Off-Target-Effekte krebsartige Mutationen verursachen könnten.

Katie Brady sagt, dass ihre Familie die Gewissheit brauchen würde, dass jede Gentherapie, die ihr Sohn in Zukunft erhalten könnte, sicher ist. „Wir würden uns sicher sein wollen, was es tatsächlich macht“, sagt sie., Aber Brady beobachtet eifrig die Fortschritte bei genetischen Behandlungen. „Ich weiß, das ist wahrscheinlich der Weg, den wir wahrscheinlich gehen müssen, weil seine Mutationen so selten sind. Wir sind alle dafür, alles auszuprobieren, was Henry helfen könnte und minimale Nebenwirkungen hat.”