遺伝子治療は、嚢胞性線維症の包括的な治療法を提供することができます

ヘンリー*ブレイディは、年齢の三週間で嚢胞性線維症と診断クレジット：ケイティブレイディの礼儀

ケイティブレイディの息子が生まれたとき、すべてが正常に見えました。病院のスタッフは、ルーチンの新生児スクリーニングテストのために血液を得るために彼のかかとを刺し、彼女と彼女の夫はあまり心配せずに結果を待, すべての女の子——カップルはすでに三人の子供を持っていたし、出生時に彼の兄弟から離れてヘンリーを設定するように見えた唯一のものは、彼が男の子

しかし、その後の日に彼はブレイディの他の子供たちが出生直後に行っていたほど多くの体重を得ることはありませんでした。その後、血液検査の結果が戻ってきて、ブレイディの懸念が高まった。, “新生児のスクリーニングが嚢胞性線維症のために決定的ではなくなったと言って六日前に電話を受けました”と彼女は言います。塩化物が正常に細胞を出入りすることができず、肺に粘液が蓄積して致命的な感染症の繁殖地を作り出す致命的な遺伝的状態に言及しています。ヘンリーが三週間だったとき、彼の家族は彼を病院に連れ戻し、医師は彼の汗を分析しました。テストでは、高レベルの塩化物が示され、全員の恐怖が確認されました。ヘンリーは病気にかかった,

医療チームは、ヘンリーの血液の追加サンプルを採取し、嚢胞性線維症膜貫通コンダクタンスレギュレータ（CFTR）：彼は彼の状態のルートで遺伝子に運ばれた変 “我々は八週間後まで彼の遺伝子変異を見つけることができませんでした”とBrady氏は言います。嚢胞性線維症は、世界中の推定90,000人に影響を与える、最も一般的な生命を脅かす遺伝性疾患の一つであるが、いくつかのCFTR変異は、他のものよりも, さらに、嚢胞性線維症を有する個体は、両方のCFTR遺伝子に突然変異を有するので、異なる人々は異なる突然変異の組み合わせを有する。

Henryは彼のCFTR遺伝子の両方のコピーに超まれな突然変異を持っていることが判明しました。 “彼らは、彼の遺伝子の組み合わせを持っている国や世界の他の二人の人がいるかもしれないと私たちに言ってきました”とBrady氏は言います。

新鮮なオプション

過去十年間は、嚢胞性線維症のための薬物治療に大きなブレークスルーをもたらしました。, 2012年、米国食品医薬品局（FDA）は、マサチューセッツ州ボストンのVertex PharmaceuticalsによってKalydecoというブランド名で販売されているivacaftorを承認しました。 IvacaftorはCFTRによって作られたタンパク質の機能を救うことによって嚢胞性線維症の根本的な原因を治療する最初の薬であり、それ以来、同様の方法で作用するより多くの薬が到着している。 2019年、FDAは、嚢胞性線維症患者の肺機能を臨床試験で平均14％増加させたivacaftor、elexacaftor、およびtezacaftorの三重薬の組み合わせであるVertexのTrikaftaを承認しました1。, これはわずかな改善のように聞こえますが、患者は肺機能のわずかな増加との違いを感じると言います。 Trikaftaは、CFTR遺伝子にF508del変異の少なくとも一つのコピーを持っている嚢胞性線維症を持つ人々のために働きます。それは条件とのそれらのおよそ90%を占めます。

しかし、ヘンリーはその突然変異を持っていない、または最近の薬が標的としている他の一握りの突然変異のいずれかを持っていません。彼は、遺伝子がタンパク質を産生するのを妨げるCFTRに超まれな突然変異を有する人々の一人である。, 薬はタンパク質を救うことはできませんそれはそこにないので。 “出てきた薬は彼をまったく助けにはならない”と彼の母親は言う。ヘンリーのような患者のために、遺伝療法は健康な生命の最も有望な希望である。

科学者たちは、嚢胞性線維症に対する遺伝子治療を行うために30年間試みてきました。過去の取り組みでは、遺伝子の作業コピーを細胞に送達するために彼らが設計したウイルスは効果的に機能しませんでした。, 今、より良いベクターと遺伝子配列を提供する他の革新のおかげで、遺伝子置換療法は臨床試験に近づいており、フィールドは勢いを増しています。

2019年、メリーランド州ベセスダにある非営利団体である嚢胞性線維症財団は、遺伝子治療アプローチを含む嚢胞性線維症の治療法の研究のために、次の年に500万ドルの資金を発表した。, 2020年、Vertex Pharmaceuticalsは、マサチューセッツ州ウォルサムにあるバイオテクノロジー企業Affinia Therapeuticsと提携し、嚢胞性線維症の遺伝子治療を開発したと発表した。

嚢胞性線維症財団の最高経営責任者であるMichael Boyle氏は、科学者は、病気がTrikaftaなどの薬で治療できない人々を助けるかもしれない多くの異なる遺伝子療法を探るべきだと述べています。 “我々はこの最後のグループでゴールに多くのシュートを持っていたい”と彼は言います。

遺伝子ベースの治療法はすでに他の疾患に対して承認されている。, 例えば、2017年後半に、FDAは、遺伝性失明のまれな形態を治療するvoretigene neparvovecまたはLuxturnaと呼ばれるin vivo遺伝子置換療法を承認することによって見出しを作った。

Katie Bradyは、医師は彼らの調子を変え、Henryが生まれたときよりも遺伝子治療の選択肢についてはるかに楽観的であると言います。 “彼は五年前に診断されたとき、彼らは科学が長い道のりを来ていると大きなものが来ていると言ったが、彼らは今ほど希望に満ちていなかった”と彼女 “まったく別の世界です。, 彼らは彼が普通の生活を送ることができるように彼のために何かがあるだろうと信じていることをここ二年間で言われてきました。”

ウイルスになる

科学者たちは、最初に2嚢胞性線維症の背後にある犯人としてCFTR遺伝子を1989年に同定しました。ちょうど一年後、二つの異なるグループ3、4は、独立して、ウイルスベクターを用いてex vivo細胞に遺伝子を導入することが可能であることを示し、細胞がCFTRタンパク質を産生することを引き起こした。この証明のコンセプトの追研究への遺伝子治療の対嚢胞性線維化を用いたアデノウイルスとしてウイルスベクター, 通常、アデノウイルスは風邪または他の呼吸器感染症を引き起こすだろうが、研究者らは非有害なバージョンを使用し、CFTR遺伝子を運ぶようにそれらを 1993年に、このアプローチの最初の臨床試験の結果が公開されました5。

1993年の試験は、アイオワシティのアイオワ大学医学部とマサチューセッツ州ケンブリッジのバイオテクノロジー会社Genzymeの生物学者を含むチームによって行われ、遺伝子置換と呼ばれるタイプの治療法の初期の試みであった。, このアプローチでは、遺伝子はヒトの細胞に導入されるが、配列はそれらのDNAに統合されない。しかし、嚢胞性線維症に対するこの最初の遺伝子治療試験の結果は、今後数年間にわたる他の試験の場合と同様に、精彩を欠いていました。

科学者たちは、アデノウイルスベースの治療を繰り返し投与すると、体がウイルスを中和する免疫応答を生成し、治療を無効にすることを心配し始その後、悲劇が襲った。, 1999年、ジェシー-ゲルシンガーという18歳の女性が遺伝性疾患に対してアデノウイルスに基づく治療を受けた。四日後、彼はサイトカインストームと呼ばれる大規模な免疫反応で死亡しました。

遺伝子治療の分野は突然停止しました。研究が徐々に再開されると、研究コミュニティはアデノウイルスを捨て、より穏やかな免疫応答を引き起こすと考えられていたアデノ関連ウイルス（AAVs）に切り替えた。, 1999年、ゲルシンガーの悲劇的な死の前に、カリフォルニア州のスタンフォード大学医学部のグループは、aavベクトル6を使用した遺伝子治療を受けた嚢胞性線維症患者の臨床試験の結果を発表した。この試験およびそれに続く試験は、症状の大きな改善をもたらさなかった。ももかったものを引き起こすようには見受けられ、巨大な免疫学的に生じた課題とのアデノウイルスベクター

製薬会社はまだ嚢胞性線維症治療のためのAAVsを追求しています。, カリフォルニア州エメリービルにある遺伝子治療会社4D Molecular Therapeuticsは、前臨床開発においていくつかのAAVベースの治療法を持っており、ペンシルベニア州フィラデルフィアにある遺伝子治療会社Spirovantもこのアプローチを追求している。カリフォルニア大学バークレー校の生物工学者で4D Molecular Therapeuticsの共同設立者であるDavid Schaffer氏は、同社はより感染性が高い（しかし無害である）ように設計されたAAVを使用しているため、肺のより多くの細胞に到達することができると述べています。彼は言うにしていきたいという思いからこのアプローチを背嚢胞性線維症の臨床試験において、2021年, “私たちは今、嚢胞性線維症のためにこれまでの診療所にあったものよりもはるかに優れているaavをリードしています”とSchaffer氏は言います。

ペンシルベニア州フィラデルフィアのSpirovantの科学者は、塩化物チャネル補正をテストします。クレジット：資本と技術のためのフィラデルフィアアライアンス

AAVベクトルにはサイズの制限があります。細胞に入るのが最善である小さなものは、約4.7キロベースまでの遺伝子配列しか運ぶことができません。, それらに追加されるCFTR遺伝子配列は約4.6キロベースであるため、科学者が遺伝子からのタンパク質産生を促進するのに役立つ追加の配列を組み込むためのスペースがほとんど残っていないことを意味します。などのプロモーター配列が理論的には生産のベクトルより調達CFTRタンパク質です。 Spirovantの最高経営責任者Joan Lauは、彼女の会社はこの問題に対処するための独自の革新を持っていると言います。 “私たちは少し短く、AAVの運搬能力に収まる強力なプロモーターである機能的なCFTRを持っています”と彼女は言います。,

Spirovantおよび他の企業は、レンチウイルスに特に焦点を当てて、同様にAAVsを超えて見ています。エリック-アルトン、生物学者で、インペリアルカレッジロンドン、そのlentivirusesで大きな遺伝子挿入によAAVsできます。 LentivirusesはまたAavsより免疫組織によって中和され、破壊されてより少なく本当らしいようである、帝国の大学ロンドン、オックスフォード大学およびエジンバラ大学からの科学者から成っているイギリスの嚢胞性線維症の遺伝子療法のConsortiumの調整者であるAltonを付け加える。, さらに、レンチウイルスは宿主細胞のDNAに組み込まれるので、それらを頻繁に投与する必要はないかもしれない。このコンソーシアムは、ドイツのインゲルハイムにある製薬メーカーのベーリンガー-インゲルハイムと提携し、前臨床段階にある嚢胞性線維症に対するレンチウイルスベースの遺伝子治療を追求しています。

ウイルスの代替

科学者たちはまた、遺伝子ベースの治療法を提供するためにウイルスベクターを超えて見てきました。例えば、一つのアプローチは、CFTR遺伝子を直接注入することであったが、その周りに脂質分子を添加して、遺伝子配列を分解から保護することであった。, このアプローチの試験は1990年代初頭にさかのぼりますが、当時、タンパク質産生のレベルは治療を前進させるのに十分な高さではありませんでした—そして、それが作り出した小さな効果は十分に長く続かないようでした。 2015年、英国嚢胞性線維症遺伝子療法コンソーシアムは、第IIb相試験7までリポソームベースの治療を受けましたが、肺機能は数パーセントポイント改善し、市場に進んだことはありませんでした。 Altonは、彼と彼の同僚はまだリポソームベースの治療をより効率的にするために取り組んでいると言います。 “私たちはそれを脇に置いていません”と彼は言います。,

欠陥のあるCFTR遺伝子のDNAコードを送達するのではなく、一部のグループは嚢胞性線維症の人々を助けるためにRNAを送達しようとしています。例えば、医薬翻訳会社バイオレキシントン、マサチューセッツ州では、これをメッセンジャーrna(mRNA). 通常、細胞核内のDNAはmRNAにコピーされ、mRNAは細胞の細胞質に入り、タンパク質産生のための鋳型として機能する。 Translate Bioは、CFTRのmRNAを肺細胞に直接送達することによって最初のステップをスキップします。, 同社は、少なくとも40人の成人がこの治療またはプラセボを受けるために無作為に割り当てられる臨床試験を開始しました。 2020年、同社はFDAがこの治療にファーストトラックステータスを付与したことを発表した。ＲＮＡを含む別のアプローチは、テキサス州ダラスにあるバイオ医薬品会社ＲｅｃｏｄｅＴｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓから来る。, 同社が開発した方法は、タンパク質を産生するために細胞機械にアミノ酸分子をフェリーするのに役立つ短い配列であるtransfer RNA（tRNA）に依存しています。特定のtRNA分子はまた、このタンパク質産生プロセスを開始および停止する。残念なことに、いくつかの嚢胞性線維症変異は、CFTRタンパク質の産生を停止させるtRNA分子を時期尚早に募集する。 ReCodeのアプローチでは、機械を騙してCFTRタンパク質を作り続けるtRNA分子を作ることが含まれます。, “私たちが使用しているtRNAは、天然のtRNAに本当に似ています”とReCode Therapeuticsの社長であるDavid Lockhartは言いますが、タンパク質の生産を維持することができます。

他の薬剤開発者は、特定の嚢胞性線維症変異における早期停止信号を無視するよう細胞を奨励する、いわゆるリードスルーアプローチに取り組んでいる。例えば、マサチューセッツ州ウォルサムのEloxx Pharmaceuticalsは、tRNAからの停止メッセージを無視してCFTRタンパク質を組み立て続けるように、リボソームとして知られている細胞機械自体をトリックする分子を設計しました。, 同社はCOVID-19パンデミックのためにこの療法の第II相試験を中止したが、すぐにこの臨床調査を再開することを望んでいると述べている。嚢胞性線維症の遺伝子治療の分野における最近の話題のほとんどは、患者の細胞のDNAを複製によって産生された後続の細胞がCFTR遺伝子の作業バージョンを運ぶように直接修正するCRISPR–Cas9などのシステムで遺伝子編集を取り囲んでいる。, （対照的に、Aavによって送達される治療は、置換遺伝子が細胞のDNAに組み込まれることをもたらさない;実際には、それらはしばしば細胞回転のために時）究極の希望は、患者がいつか肺細胞を生涯にわたって修復する単一のCRISPR治療を受けるかもしれないということです。これは、科学者たちが言う、嚢胞性線維症の真の治療法になるでしょう。

CRISPRの約束の最も魅力的な証拠のいくつかは、臓器の特徴のいくつかを持つように成長する患者の細胞のクラスターであるオルガノイドを用いた, 2019年8月、イタリアのトレント大学の分子ウイルス学者Anna Ceresetoを含む科学者チームは、CRISPRがCFTRの間違いを編集し、この遺伝子をオルガノイドで機能的なタンパク質を産生させることができることを示した。それはまた嚢胞性線維症の人から取られるセルから得られる航空路のセルで首尾よくこれをした。そして2020年、オランダのユトレヒトにあるHubrecht Instituteの科学者たちは、cftr遺伝子の変異を修正するためにbase editingと呼ばれる正確なCRISPRアプローチを使用し、それがオルガノイド9で働いていることを証明した。,

治療法への道

嚢胞性線維症の遺伝子ベースの治療法をどのように提供するのが最善かについての心配は残っています。肺はより小さく、より小さい枝に分かれ、肺の最も小さく、最も深い部分に達するために療法を得ることはこうかつである。 “最大の課題は、可能な限り気道を覆う上皮細胞の多くにベクターを送達することです”と英国のエディンバラ大学の遺伝学者Chris Boydは言います。,

CRISPR（あるいはレンチウイルス）のような遺伝子編集アプローチが真の”治療法”を提供するためには、肺の幹細胞に到達しなければならない、とスタンフォード大学で幹細胞移植を研究しているSriram Vaidyanathan氏は述べている。 “嚢胞性線維症に対する耐久性のある遺伝子治療は、気道内の残りの細胞を生じさせる気道幹細胞の病気を引き起こす変異を修正する必要がある”と彼は言います。,”Vaidyanathanは、CRISPRアプローチが嚢胞性線維症の人々から採取した上気道細胞の半分以上を矯正できることを示す2019年に発表された研究の主執筆者でした10。

もう一つの懸念は、CRISPR療法がゲノム内の間違った場所を編集する可能性があるということです。一部の科学者というようなオフ対象の影響の原因になり癌の変異.

ケイティ-ブレイディは、彼女の家族は、彼女の息子が将来受けるかもしれない遺伝子ベースの治療が安全であるという安心を必要とすると言います。 “私たちはそれが実際に何をしているのかを確認したいと思うでしょう”と彼女は言います。, しかし、ブレイディは熱心に遺伝的治療で行われている進歩を見ています。 “知っていることをルートという思いからといって変異しています。しようとしていることがヘンリー小さいです。”

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