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Quando è nato il figlio di Katie Brady, tutto sembrava normale. Il personale ospedaliero puntò il tallone per ottenere il sangue per un test di screening neonatale di routine, e lei e suo marito aspettarono il risultato senza molta preoccupazione., La coppia aveva già tre figli-tutte ragazze-e l’unica cosa che sembrava impostare Henry a parte i suoi fratelli alla nascita era il fatto che era un ragazzo.

Ma nei giorni che seguirono non ha guadagnato tanto peso come gli altri bambini di Brady avevano fatto subito dopo la nascita. Poi il risultato del test del sangue è tornato e la preoccupazione di Brady è aumentata., “Abbiamo ricevuto la chiamata quando aveva sei giorni dicendo che il suo screening neonatale è tornato inconcludente per la fibrosi cistica”, dice, riferendosi alla condizione genetica spesso fatale in cui il cloruro non può fluire dentro e fuori dalle cellule normalmente, causando l’accumulo di muco nei polmoni che crea un terreno fertile per infezioni fatali. Quando Henry aveva tre settimane, la sua famiglia lo riportò in ospedale, dove i medici analizzarono il suo sudore. Il test ha mostrato alti livelli di cloruro, confermando le paure di tutti. Henry aveva la malattia.,

Il team medico ha prelevato ulteriori campioni di sangue di Henry per scoprire quali mutazioni ha portato nel gene alla radice della sua condizione: fibrosi cistica transmembrana conductance regulator (CFTR). ” Non abbiamo scoperto la sua mutazione genetica fino a otto settimane dopo”, dice Brady. Sebbene la fibrosi cistica sia una delle più comuni malattie genetiche potenzialmente letali, che colpisce circa 90.000 persone in tutto il mondo, alcune mutazioni di CFTR sono più comuni di altre., Inoltre, gli individui con fibrosi cistica hanno mutazioni in entrambi i loro geni CFTR, quindi persone diverse hanno diverse combinazioni di mutazioni.

Henry si è rivelato avere una mutazione ultra-rara in entrambe le copie del suo gene CFTR. ” Ci hanno detto che ci sono forse altre due persone nel paese o nel mondo che hanno la sua combinazione genetica”, dice Brady.

Opzioni fresche

L’ultimo decennio ha portato enormi progressi nei trattamenti farmacologici per la fibrosi cistica., Nel 2012, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha approvato ivacaftor, venduto con il marchio Kalydeco da Vertex Pharmaceuticals a Boston, Massachusetts. Ivacaftor è stato il primo farmaco a trattare la causa sottostante della fibrosi cistica salvando la funzione della proteina prodotta da CFTR, e da allora sono arrivati più farmaci che agiscono in modo simile. Nel 2019, la FDA ha approvato il Trikafta di Vertex, una combinazione a triplo farmaco di ivacaftor, elexacaftor e tezacaftor che ha aumentato la funzionalità polmonare nelle persone con fibrosi cistica di una media del 14% negli studi clinici1., Anche se questo suona come solo un miglioramento minore, i pazienti dicono che sentono la differenza con anche piccoli aumenti della funzione polmonare. Trikafta funziona per le persone con fibrosi cistica che hanno almeno una copia della mutazione F508del nei loro geni CFTR. Che rappresenta circa il 90% di quelli con la condizione.

Tuttavia, Henry non ha quella mutazione, o nessuna delle altre manciata di mutazioni che i farmaci recenti hanno preso di mira. Egli è tra coloro che hanno mutazioni ultra-rare in CFTR che impediscono al gene di produrre qualsiasi proteina di sorta., I farmaci non possono salvare la proteina, perché non c’è. “I farmaci che sono usciti non lo aiuteranno affatto”, dice sua madre. Per pazienti come Henry, le terapie genetiche sono la speranza più promettente per una vita sana.

Gli scienziati hanno cercato per 30 anni di esercitare la terapia genica contro la fibrosi cistica. Negli sforzi passati, i virus che hanno progettato per consegnare la copia funzionante del gene nelle cellule non hanno funzionato efficacemente., Ora, grazie a vettori migliori e ad altre innovazioni nel fornire sequenze genetiche, le terapie di sostituzione genica si stanno avvicinando agli studi clinici e il campo sta guadagnando slancio.

Nell’ottobre 2019, la Cystic Fibrosis Foundation, un’organizzazione non-profit di Bethesda, nel Maryland, ha annunciato un finanziamento di 500 milioni di dollari per i prossimi sei anni per la ricerca sui trattamenti per la fibrosi cistica, compresi gli approcci di terapia genica., E nel mese di aprile 2020, Vertex Pharmaceuticals ha detto che stava collaborando con la società di biotecnologia Affinia Therapeutics a Waltham, Massachusetts, per sviluppare terapie geniche per la fibrosi cistica.

Michael Boyle, amministratore delegato della Fondazione per la fibrosi Cistica, afferma che gli scienziati dovrebbero esplorare molte terapie genetiche diverse che potrebbero aiutare le persone la cui malattia non può essere trattata con farmaci come il Trikafta. “Vogliamo avere un sacco di tiri in porta in questo ultimo gruppo”, dice.

Le terapie geniche sono già state approvate per altre malattie., Alla fine del 2017, ad esempio, la FDA ha fatto notizia approvando una terapia genica sostitutiva in vivo chiamata voretigene neparvovec, o Luxturna, che tratta una rara forma di cecità ereditaria.

Katie Brady dice che i medici hanno cambiato la loro melodia e sono molto più ottimisti sulle opzioni di terapia genica di quanto non fossero quando Henry è nato. ” Quando gli è stato diagnosticato cinque anni fa, hanno detto che la scienza ha fatto molta strada e grandi cose stanno arrivando, ma non erano così speranzosi come lo sono ora”, dice. “È solo un mondo completamente diverso., Ci è stato detto negli ultimi due anni che credono che probabilmente ci sarà qualcosa per lui in modo che possa vivere una vita normale.”

Diventando virale

Gli scienziati hanno identificato per la prima volta 2 il gene CFTR come il colpevole dietro la fibrosi cistica nel 1989. Solo un anno dopo,due gruppi diversi3, 4 hanno dimostrato in modo indipendente che era possibile introdurre il gene nelle cellule ex vivo utilizzando un vettore virale, causando alle cellule di produrre la proteina CFTR. Questa dimostrazione di concetto ha stimolato la ricerca sulla terapia genica contro la fibrosi cistica utilizzando adenovirus come vettori virali., Di solito, gli adenovirus causerebbero il comune raffreddore o altre infezioni del tratto respiratorio, ma i ricercatori hanno usato versioni non dannose e li hanno ingegnerizzati in modo da trasportare il gene CFTR. Nel 1993 sono stati pubblicati i risultati della prima sperimentazione clinica di questo metodo5.

Lo studio del 1993, condotto da un team che comprendeva biologi presso l’University of Iowa College of Medicine di Iowa City e presso la società di biotecnologie Genzyme a Cambridge, Massachusetts, è stato un primo tentativo di un tipo di terapia chiamata sostituzione genica., In questo approccio, il gene viene introdotto nelle cellule di una persona, ma la sequenza non si integra nel loro DNA. Ma i risultati di questo primo studio di terapia genica per la fibrosi cistica sono stati poco brillanti, come nel caso di altri studi nei prossimi anni.

Gli scienziati hanno iniziato a preoccuparsi che la somministrazione ripetuta dei trattamenti a base di adenovirus ha causato il corpo a produrre una risposta immunitaria che ha neutralizzato il virus, rendendo il trattamento inefficace. Poi la tragedia ha colpito., Nel 1999, un 18-year-old di nome Jesse Gelsinger ha subito un trattamento a base di adenovirus per un disturbo ereditario. Quattro giorni dopo morì a causa di una massiccia reazione immunitaria chiamata tempesta di citochine.

Il campo della terapia genica si arrestò bruscamente. Quando il lavoro riprese gradualmente, la comunità di ricerca abbandonò gli adenovirus e passò ai virus adeno-associati (AAV), che si pensava causassero una risposta immunitaria più mite., Nel febbraio 1999, prima della tragica morte di Gelsinger, un gruppo della Stanford University School of Medicine in California aveva pubblicato i risultati di uno studio clinico su dieci pazienti con fibrosi cistica a cui era stata somministrata una terapia genica che utilizzava un vettore AAV6. Questo studio, e quelli successivi, non ha prodotto un grande miglioramento dei sintomi. Ma né sembravano causare i massicci problemi immunologici sorti con i vettori di adenovirus.

Le aziende farmaceutiche stanno ancora perseguendo AAVs per il trattamento della fibrosi cistica., La società di terapia genica 4D Molecular Therapeutics di Emeryville, in California, ha diverse terapie basate su AAV nello sviluppo preclinico e Spirovant, una società di terapia genica a Philadelphia, in Pennsylvania, sta anche perseguendo questo approccio. David Schaffer, un bioingegnere presso l’Università della California, Berkeley, e un co-fondatore di 4D Molecular Therapeutics, dice che l’azienda utilizza un AAV che è stato progettato per essere più contagioso (ma ancora innocuo) in modo che possa raggiungere più cellule nei polmoni. Dice che l’azienda spera di testare questo approccio contro la fibrosi cistica in studi clinici nel 2021., ” Ora abbiamo il nostro AAV principale che è molto, molto meglio di quello che è stato finora nella clinica per la fibrosi cistica”, afferma Schaffer.

I vettori AAV hanno limitazioni di dimensione. I piccoli, che sono meglio in grado di entrare nelle cellule, possono trasportare solo sequenze geniche fino a circa 4,7 kilobasi., La sequenza genica CFTR che viene aggiunta in essi è di circa 4,6 kilobasi, il che significa che non c’è quasi spazio rimanente per gli scienziati per incorporare sequenze aggiuntive che possono aiutare a promuovere la produzione di proteine dal gene. Tali sequenze di promotori teoricamente aumenterebbero la produzione e renderebbero il vettore migliore nell’aumentare i livelli di proteine CFTR. L’amministratore delegato di Spirovant Joan Lau afferma che la sua azienda ha innovazioni proprietarie per affrontare questo problema. “Abbiamo un CFTR funzionale un po’ più corto e un forte promotore che si adatta alla capacità di carico dell’AAV”, afferma.,

Spirovant e altre aziende stanno guardando oltre gli AAV, con particolare attenzione ai lentivirus. Eric Alton, un biologo dell’Imperial College di Londra, spiega che i lentivirus possono trasportare un inserimento genico più grande di quello degli AAV. I lentivirus sembrano anche meno probabilità di essere neutralizzati e distrutti dal sistema immunitario rispetto agli AAV, aggiunge Alton, che è coordinatore del Consorzio di terapia genica per la fibrosi cistica del Regno Unito, composto da scienziati dell’Imperial College di Londra, dell’Università di Oxford e dell’Università di Edimburgo., Inoltre, poiché i lentivirus si integrano nel DNA delle cellule ospiti, potrebbero non dover essere somministrati più spesso. Il consorzio ha collaborato con il produttore farmaceutico Boehringer Ingelheim a Ingelheim, in Germania, per perseguire una terapia genica basata sul lentivirus contro la fibrosi cistica, che è allo stadio preclinico.

Alternative al virus

Gli scienziati hanno anche guardato oltre i vettori virali per fornire terapie basate su geni. Ad esempio, un approccio è stato quello di iniettare il gene CFTR direttamente, ma con molecole lipidiche aggiunte intorno ad esso per proteggere la sequenza genetica dalla degradazione., Le prove con questo approccio risalgono ai primi anni 1990. Ma allora, i livelli di produzione di proteine non erano abbastanza alti per spostare la terapia in avanti — e quale piccolo effetto ha prodotto non sembrava durare abbastanza a lungo. Nel 2015, il Consorzio di terapia genica per la fibrosi cistica del Regno Unito ha adottato un trattamento a base di liposomi fino a un processo di fase iib7, ma ha migliorato solo la funzione polmonare di pochi punti percentuali e non è mai avanzato sul mercato. Alton dice che lui ei suoi colleghi stanno ancora lavorando per rendere il trattamento a base di liposomi più efficiente. ” Non l’abbiamo messo da parte”, dice.,

Invece di fornire il codice del DNA per il gene CFTR difettoso, alcuni gruppi stanno cercando di fornire RNA per aiutare le persone con fibrosi cistica. Ad esempio, la società di terapie Translate Bio a Lexington, Massachusetts, sta facendo questo utilizzando RNA messaggero (mRNA). Normalmente, il DNA nel nucleo cellulare viene copiato in mRNA, che poi va nel citoplasma cellulare e serve come modello per la produzione di proteine. Translate Bio salta il primo passo consegnando direttamente l’mRNA per CFTR nelle cellule polmonari., La società ha lanciato uno studio clinico in cui almeno 40 adulti saranno assegnati in modo casuale a ricevere questo trattamento o un placebo. A febbraio 2020, l’azienda ha annunciato che la FDA aveva concesso lo status di fast-track a questo trattamento, il che significa che Translate Bio avrà incontri più frequenti con l’agenzia di regolamentazione, che potrebbe decidere di spostare il trattamento più rapidamente verso l’approvazione.

Un altro approccio che coinvolge RNA viene dalla società biofarmaceutica ReCode Therapeutics a Dallas, Texas., Il metodo che l’azienda ha sviluppato si basa sul trasferimento di RNA — tRNA) – brevi sequenze che aiutano a traghettare le molecole di amminoacidi verso il macchinario cellulare per produrre proteine. Alcune molecole di tRNA anche avviare e fermare questo processo di produzione di proteine. Sfortunatamente, alcune mutazioni della fibrosi cistica reclutano prematuramente le molecole di tRNA che segnalano l’arresto della produzione di proteine CFTR. L’approccio di ReCode prevede la creazione di molecole di tRNA che ingannano il macchinario nel continuare a produrre la proteina CFTR., ” Il tRNA che stiamo usando è molto simile al tRNA naturale”, afferma David Lockhart, presidente di ReCode Therapeutics, ma con una svolta che gli consente di mantenere la produzione di proteine in corso.

Altri sviluppatori di farmaci stanno lavorando sui cosiddetti approcci di lettura che incoraggiano le cellule a ignorare il segnale di arresto prematuro in alcune mutazioni della fibrosi cistica. Ad esempio, Eloxx Pharmaceuticals a Waltham, Massachusetts, ha progettato una molecola che inganna il macchinario cellulare stesso — noto come ribosoma — per continuare ad assemblare la proteina CFTR ignorando i messaggi di arresto da tRNA., La società ha interrotto il suo trial di fase II di questa terapia a causa della pandemia di COVID-19, ma dice che spera di riprendere presto questa indagine clinica.

La maggior parte del recente ronzio nel campo della terapia genica per la fibrosi cistica ha circondato l’editing genico con sistemi come CRISPR–Cas9, un metodo in cui il DNA delle cellule dei pazienti viene corretto direttamente in modo tale che le cellule successive prodotte dalla replicazione portino una versione funzionante del gene CFTR., (Al contrario, i trattamenti forniti da AAVs non comportano l’integrazione di geni sostitutivi nel DNA delle cellule; infatti spesso scompaiono nel tempo a causa del turnover cellulare.) L’ultima speranza è che i pazienti possano un giorno ricevere un singolo trattamento CRISPR che ripara le loro cellule polmonari per tutta la vita. Questo, dicono gli scienziati, sarebbe una vera cura per la fibrosi cistica.

Alcune delle prove più allettanti per la promessa di CRISPR provengono da esperimenti con organoidi — gruppi di cellule dei pazienti che crescono per avere alcune delle caratteristiche di un organo., Nell’agosto 2019, un team di scienziati tra cui la virologa molecolare Anna Cereseto dell’Università di Trento in Italia ha dimostrato che CRISPR potrebbe modificare gli errori nella CFTR e causare la produzione di proteine funzionali negli organoidi8. Lo ha fatto anche con successo nelle cellule delle vie aeree derivate da cellule prelevate da una persona con fibrosi cistica. E nel febbraio 2020, gli scienziati dell’Istituto Hubrecht di Utrecht nei Paesi Bassi hanno utilizzato un preciso approccio CRISPR chiamato editing di base per correggere la mutazione nel gene CFTR e hanno dimostrato che funzionava negli organoidi9.,

Percorso verso una cura

Rimangono preoccupazioni sul modo migliore per fornire terapie basate su geni per la fibrosi cistica. I polmoni divergono in rami sempre più piccoli e ottenere una terapia per raggiungere le parti più piccole e profonde dei polmoni è difficile. “La sfida più grande è fornire un vettore al maggior numero possibile di cellule epiteliali che rivestono le vie aeree”, afferma il genetista Chris Boyd presso l’Università di Edimburgo nel Regno Unito.,

Per un approccio gene-editing come CRISPR (o anche lentivirus) per fornire una vera ‘cura’, deve raggiungere le cellule staminali del polmone, dice Sriram Vaidyanathan, che studia il trapianto di cellule staminali presso la Stanford University. ” Una terapia genica durevole per la fibrosi cistica”, dice, ” avrebbe bisogno di correggere le mutazioni che causano malattie nelle cellule staminali delle vie aeree che danno origine al resto delle cellule nelle vie aeree.,”Vaidyanathan è stato l’autore principale di uno studio pubblicato a dicembre 2019 che mostra che un approccio CRISPR potrebbe correggere fino alla metà delle cellule delle vie aeree superiori prelevate da persone con fibrosi cistica10.

Un’altra preoccupazione è che le terapie CRISPR potrebbero modificare il posto sbagliato nel genoma. Alcuni scienziati dicono che tali effetti fuori bersaglio potrebbero causare mutazioni cancerose.

Katie Brady dice che la sua famiglia avrebbe bisogno di rassicurazioni che qualsiasi terapia basata sul gene che suo figlio potrebbe ricevere in futuro è sicura. “Vorremmo essere sicuri di ciò che sta effettivamente facendo”, dice., Ma Brady sta avidamente guardando i progressi compiuti con i trattamenti genetici. “So che probabilmente è la strada che probabilmente dovremo percorrere perché le sue mutazioni sono così rare. Siamo tutti per provare tutto ciò che potrebbe aiutare Henry e avere effetti collaterali minimi.”