Good Mood

toen Katie Brady ‘ s zoon werd geboren, leek alles normaal. Het ziekenhuispersoneel prikte zijn hiel om bloed te krijgen voor een routine screening van pasgeborenen, en zij en haar man wachtten zonder veel zorgen op het resultaat., Het echtpaar had al drie kinderen — allemaal meisjes — en het enige dat Henry leek te onderscheiden van zijn broers en zussen bij de geboorte was het feit dat hij een jongen was.

maar in de dagen die volgden nam hij niet zo veel gewicht aan als Brady ‘ s andere kinderen direct na de geboorte hadden gedaan. Toen kwam het resultaat van de bloedtest terug, en Brady ‘ s bezorgdheid nam toe., “We kregen de oproep toen hij zes dagen oud zei dat zijn pasgeboren screening was niet overtuigend voor cystische fibrose,” zegt ze, verwijzend naar de vaak fatale genetische aandoening waarin chloride niet kan stromen in en uit cellen normaal, waardoor slijm opbouw in de longen die een broedplaats voor fatale infecties creëert. Toen Henry drie weken oud was, bracht zijn familie hem terug naar het ziekenhuis, waar artsen zijn zweet analyseerden. De test toonde een hoog chloridegehalte aan, wat ieders angsten bevestigt. Henry had de ziekte.,

het medisch team nam extra monsters van Henry ‘ s bloed om uit te vinden welke mutaties hij droeg in het gen aan de wortel van zijn aandoening: cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR). “We hebben zijn genmutatie pas acht weken later ontdekt”, zegt Brady. Hoewel mucoviscidose een van de meest voorkomende levensbedreigende genetische aandoeningen is, die wereldwijd naar schatting 90.000 mensen treffen, komen sommige CFTR-mutaties vaker voor dan andere., Bovendien hebben mensen met cystische fibrose mutaties in beide CFTR genen, dus verschillende mensen hebben verschillende combinaties van mutaties.

Henry bleek een ultra-zeldzame mutatie te hebben in beide kopieën van zijn CFTR-gen. “Ze hebben ons verteld dat er misschien twee andere mensen in het land of de wereld die zijn genencombinatie hebben,” Brady zegt.

nieuwe opties

het afgelopen decennium heeft enorme doorbraken gebracht in geneesmiddelenbehandelingen voor cystische fibrose., In 2012 keurde de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) ivacaftor goed, verkocht onder de merknaam Kalydeco door Vertex Pharmaceuticals in Boston, Massachusetts. Ivacaftor was het eerste geneesmiddel dat de onderliggende oorzaak van cystische fibrose behandelde door de functie van het door CFTR aangemaakt eiwit te redden, en sindsdien zijn er meer geneesmiddelen gekomen die op een vergelijkbare manier werken. In 2019 keurde de FDA Vertex ‘ s Trikafta goed, een triple-drug combinatie van ivacaftor, elexacaftor en tezacaftor die de longfunctie bij mensen met cystische fibrose met gemiddeld 14% verhoogde in klinische trials1., Hoewel dit klinkt als slechts een kleine verbetering, patiënten zeggen dat ze het verschil voelen met zelfs kleine verhogingen in longfunctie. Trikafta werkt voor mensen met cystische fibrose die ten minste één kopie van de f508del-mutatie in hun CFTR-genen hebben. Dat is goed voor ongeveer 90% van degenen met de aandoening.

echter, Henry heeft niet die mutatie, of een van de andere handvol mutaties die recente geneesmiddelen hebben gericht. Hij is een van degenen die ultra-zeldzame mutaties in CFTR hebben die verhinderen dat het gen enig eiwit produceert., Drugs kunnen het eiwit niet redden, omdat het er niet is. “De medicijnen die naar buiten zijn gekomen zullen hem helemaal niet helpen”, zegt zijn moeder. Voor patiënten als Henry zijn genetische therapieën de meest veelbelovende hoop op een gezond leven.

wetenschappers proberen al 30 jaar gentherapie te gebruiken tegen cystische fibrose. In het verleden werkten de virussen die ze ontwierpen om de werkkopie van het gen in cellen te leveren niet effectief., Nu, dankzij betere vectoren en andere innovaties in het leveren van genetische sequenties, genvervangende therapieën naderen klinische proeven, en het veld wint momentum.

in oktober 2019 kondigde de Cystic Fibrosis Foundation, een non-profit organisatie in Bethesda, Maryland, 500 miljoen dollar aan financiering voor de komende zes jaar voor onderzoek naar behandelingen voor cystische fibrose, inclusief gentherapie benaderingen., In April 2020 zei Vertex Pharmaceuticals dat het samenwerkt met het biotechnologiebedrijf Affinia Therapeutics in Waltham, Massachusetts, om gentherapieën voor mucoviscidose te ontwikkelen.

Michael Boyle, chief executive van de Cystic Fibrosis Foundation, zegt dat wetenschappers veel verschillende genetische therapieën moeten onderzoeken die mensen kunnen helpen bij wie de ziekte niet kan worden behandeld met medicijnen zoals Trikafta. “We willen in deze laatste groep veel schoten op doel hebben”, zegt hij.

Gengebaseerde therapieën worden reeds goedgekeurd voor andere ziekten., Eind 2017 haalde de FDA bijvoorbeeld de krantenkoppen door een in vivo genvervangingstherapie goed te keuren genaamd voretigene neparvovec, of Luxturna, die een zeldzame vorm van erfelijke blindheid behandelt.Katie Brady zegt dat artsen hun toon hebben veranderd en veel optimistischer zijn over opties voor gentherapie dan ze waren toen Henry werd geboren. “Toen hij vijf jaar geleden werd gediagnosticeerd, zeiden ze dat de wetenschap een lange weg heeft afgelegd en dat er grote dingen komen, maar ze waren lang niet zo hoopvol als nu,” zegt ze. “Het is gewoon een compleet andere wereld., De afgelopen twee jaar is ons verteld dat ze geloven dat er waarschijnlijk iets voor hem is zodat hij een normaal leven kan leiden.”

viraal

wetenschappers identificeerden voor het eerst het CFTR-gen als de boosdoener achter cystische fibrose in 1989. Slechts een jaar later toonden twee verschillende groepen3,4 onafhankelijk aan dat het mogelijk was om het gen in ex vivo cellen te introduceren met behulp van een virale vector, waardoor de cellen het CFTR-eiwit aanmaken. Dit bewijs van concept spoorde onderzoek in gentherapie tegen cystic fibrosis aan gebruikend adenoviruses als virale vectoren., Gewoonlijk, zouden adenoviruses verkoudheid of andere luchtweginfecties veroorzaken, maar de onderzoekers gebruikten niet-schadelijke versies en bouwden hen zodat zij het CFTR-gen droegen. In 1993 werden de resultaten van de eerste klinische proef van deze aanpak gepubliceerd5.de studie uit 1993, uitgevoerd door een team van biologen aan de Universiteit van Iowa College Of Medicine in Iowa City en bij het biotechnologiebedrijf Genzyme in Cambridge, Massachusetts, was een vroege poging tot een soort therapie genaamd genvervanging., In deze benadering, wordt het gen geà ntroduceerd in de cellen van een persoon, maar de opeenvolging integreert niet in hun DNA. Maar de resultaten van deze eerste gentherapie studie voor cystische fibrose waren zwak-zoals het geval was met andere studies in de komende jaren.

wetenschappers begonnen zich zorgen te maken dat de herhaalde toediening van de op adenovirus gebaseerde behandelingen ervoor zorgde dat het lichaam een immuunrespons produceerde die het virus neutraliseerde, waardoor de behandeling ineffectief werd. Toen sloeg de tragedie toe., In 1999, onderging een 18-jarige genaamd Jesse Gelsinger een adenovirus-gebaseerde behandeling voor een geërfte wanorde. Vier dagen later stierf hij aan een enorme immuunreactie genaamd een cytokine storm.

het gebied van gentherapie kwam abrupt tot stilstand. Toen het werk geleidelijk werd hervat, dumpte de onderzoeksgemeenschap adenoviruses en schakelde in adeno-geassocieerde virussen (AAVs) over, die werden verondersteld om een mildere immune reactie te veroorzaken., In februari 1999, voor de tragische dood van Gelsinger, had een groep aan de Stanford University School Of Medicine in Californië de resultaten gepubliceerd van een klinisch onderzoek bij tien patiënten met cystische fibrose die gentherapie kregen met een AAV vector6. Deze proef, en de daaropvolgende, produceerde geen grote verbetering van de symptomen. Maar noch leken zij de massieve immunologische kwesties te veroorzaken die met adenovirus vectoren voorkwamen.

geneesmiddelenbedrijven volgen nog steeds Aav ‘ s voor cystische fibrose behandeling., Het gentherapie bedrijf 4D moleculaire therapie in Emeryville, Californië, heeft verschillende AAV – gebaseerde therapieën in preklinische ontwikkeling, en Spirovant, een gentherapie bedrijf in Philadelphia, Pennsylvania, is ook het nastreven van deze aanpak. David Schaffer, een bio-ingenieur aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en een medeoprichter van 4D Molecular Therapeutics, zegt dat het bedrijf gebruik maakt van een AAV die is ontworpen om meer infectieuze (maar nog steeds onschadelijk), zodat het meer cellen in de longen kan bereiken. Hij zegt dat het bedrijf hoopt deze aanpak te testen tegen cystische fibrose in klinische studies in 2021., “We hebben nu onze lead AAV die is veel, veel beter dan wat is in de kliniek tot nu toe voor cystic fibrosis,” Schaffer zegt.

AAV-vectoren hebben groottebeperkingen. De kleintjes, die het best in cellen kunnen komen, kunnen slechts gensequenties van maximaal rond 4,7 kilobasen dragen., De CFTR-genopeenvolging die in hen wordt toegevoegd is rond 4.6 kilobases, wat betekent dat er bijna geen ruimte voor wetenschappers blijft om extra opeenvolgingen op te nemen die kunnen helpen om eiwitproductie van het gen te bevorderen. Dergelijke promotoropeenvolgingen zouden de productie theoretisch verhogen en de vector beter maken bij het verhogen van CFTR-eiwitniveaus. Spirovant chief executive Joan Lau zegt dat haar bedrijf eigen innovaties heeft om dit probleem aan te pakken. “We hebben een functionele CFTR die iets korter is en een sterke promotor die past binnen de draagkracht van de AAV,” zegt ze.,

Spirovant en andere bedrijven kijken ook verder dan Aav ‘ s, met bijzondere aandacht voor lentivirussen. Eric Alton, een bioloog aan het Imperial College London, legt uit dat lentivirussen een grotere geninvoeging kunnen dragen dan Aav ‘ s. Lentivirussen lijken ook minder waarschijnlijk te worden geneutraliseerd en vernietigd door het immuunsysteem dan AAVs, voegt Alton, die is coördinator van de Britse Cystic Fibrosis gentherapie Consortium, dat bestaat uit wetenschappers van Imperial College London, de Universiteit van Oxford en de Universiteit van Edinburgh., Voorts omdat lentiviruses in DNA van gastheercellen integreren, zouden zij niet zo vaak moeten worden beheerd. Het consortium werkt samen met de farmaceutische fabrikant Boehringer Ingelheim in Ingelheim, Duitsland, om een op lentivirus gebaseerde gentherapie tegen cystische fibrose na te streven, die zich in het preklinische stadium bevindt.

Virusalternatieven

wetenschappers hebben ook verder gekeken dan virale vectoren om gengebaseerde therapieën te leveren. Bijvoorbeeld, is één benadering geweest om het CFTR gen direct in te spuiten, maar met lipidemolecules die rond het worden toegevoegd om de genetische opeenvolging van degradatie te beschermen., Proeven met deze aanpak dateren uit de vroege jaren 1990, maar toen waren de niveaus van eiwitproductie niet hoog genoeg om de therapie vooruit te helpen — en welk klein effect het produceerde leek niet lang genoeg te duren. In 2015 nam het Britse Cystic Fibrosis Gene Therapy Consortium een liposome-gebaseerde behandeling tot een fase IIB trial7, maar het verbeterde de longfunctie slechts met een paar procentpunten en kwam nooit op de markt. Alton zegt dat hij en zijn collega ‘ s nog steeds bezig zijn om de liposoom-gebaseerde behandeling efficiënter te maken. “We hebben het niet opzij gezet,” zegt hij.,

in plaats van de DNA-code voor het defecte CFTR-gen te leveren, proberen sommige groepen RNA af te leveren om mensen met cystische fibrose te helpen. Bijvoorbeeld, het therapeuticabedrijf Translate Bio in Lexington, Massachusetts, doet dit met behulp van messenger RNA (mRNA). Normaal, wordt DNA in de celkern gekopieerd in mRNA, die dan in het celcytoplasma gaat en als malplaatje voor eiwitproductie dient. Vertaal Bio slaat de eerste stap over door de mRNA voor CFTR direct in longcellen te leveren., De firma heeft een klinische studie gestart waarbij ten minste 40 volwassenen willekeurig worden toegewezen om deze behandeling of een placebo te krijgen. In februari 2020 kondigde het bedrijf aan dat de FDA fast-track status had toegekend aan deze behandeling, wat betekent dat Translate Bio frequentere vergaderingen zal hebben met het regelgevende agentschap, dat zou kunnen besluiten om de behandeling sneller te verplaatsen naar goedkeuring.

een andere benadering waarbij RNA betrokken is, komt van het biofarmaceutische bedrijf ReCode Therapeutics in Dallas, Texas., De methode die het bedrijf heeft ontwikkeld vertrouwt op overdrachtrna — tRNA) – korte opeenvolgingen die helpen om aminozuurmolecules aan de cellulaire machines over te brengen om proteã nen te produceren. Bepaalde tRNA moleculen starten en stoppen ook dit eiwit-productieproces. Helaas rekruteren sommige mucoviscidemutaties voortijdig de tRNA-moleculen die de productie van CFTR-eiwit signaleren om te stoppen. De benadering van ReCode impliceert het creëren van tRNA molecules die de machinerie in het blijven verleiden om de proteã ne van CFTR te maken., “De tRNA die we gebruiken is echt vergelijkbaar met de natuurlijke tRNA,” zegt David Lockhart, president van ReCode Therapeutics, maar met een twist die het mogelijk maakt om de eiwitproductie gaande te houden.

andere drugontwikkelaars werken aan zogenaamde read-through benaderingen die cellen aanmoedigen om het premature stop signaal in bepaalde cystische fibrose mutaties te negeren. Bijvoorbeeld, Eloxx Pharmaceuticals in Waltham, Massachusetts, heeft een molecuul ontworpen dat de cellulaire machines zelf — bekend als het ribosoom — om het CFTR-eiwit te blijven assembleren door stopberichten van tRNA te negeren., Het bedrijf stopte zijn Fase II-onderzoek van deze therapie als gevolg van de covid-19 pandemie, maar het zegt dat het hoopt dit klinisch onderzoek snel te hervatten.

Het grootste deel van de recente buzz op het gebied van gentherapie voor cystische fibrose heeft genbewerking omgeven met systemen zoals CRISPR–Cas9, een methode waarbij het DNA van cellen van patiënten direct wordt gecorrigeerd op een zodanige wijze dat de volgende cellen die door replicatie worden geproduceerd, een werkende versie van het CFTR-gen dragen., (Daarentegen leiden behandelingen die door Aav’ s worden geleverd er niet toe dat vervangende genen worden geïntegreerd in het DNA van cellen; in feite verdwijnen ze vaak na verloop van tijd als gevolg van celvernieuwing. De ultieme hoop is dat patiënten op een dag een enkele CRISPR-behandeling krijgen die hun longcellen voor het leven herstelt. Dit, zeggen wetenschappers, zou een echte remedie zijn voor cystische fibrose.

sommige van de meest prikkelende bewijzen voor CRISPR ‘ s belofte komt uit experimenten met organoids-clusters van cellen van patiënten die groeien om enkele van de kenmerken van een orgaan te hebben., In augustus 2019 toonde een team van wetenschappers, waaronder moleculaire viroloog Anna Cereseto aan de Universiteit van Trento in Italië, aan dat CRISPR de fouten in CFTR kon verwijderen en ervoor kon zorgen dat het gen functionele eiwitten in organoïden8 aanmaakt. Het deed dit ook met succes in luchtwegcellen die worden afgeleid van cellen die van een persoon met cystic fibrosis worden genomen. En in februari 2020 gebruikten wetenschappers van het Hubrecht Instituut in Utrecht een nauwkeurige CRISPR-aanpak, genaamd base editing, om de mutatie in het CFTR-gen te corrigeren, en bewezen dat het werkte bij organoiden9.,

Path towards a cure

Er blijven zorgen over hoe gengebaseerde therapieën voor cystische fibrose het best kunnen worden toegediend. De longen divergeren in kleinere en kleinere takken, en het krijgen van een therapie om de kleinste, diepste delen van de longen te bereiken is lastig. “De grootste uitdaging is om een vector te leveren aan zoveel mogelijk epitheliale cellen in de luchtwegen”, zegt geneticus Chris Boyd aan de Universiteit van Edinburgh in het Verenigd Koninkrijk.,

voor een gen-editing benadering zoals CRISPR (of zelfs lentivirussen) om een echte ‘genezing’ te bieden, moet het de stamcellen van de longen bereiken, zegt Sriram Vaidyanathan, die stamceltransplantatie onderzoekt aan Stanford University. “Een duurzame gentherapie voor cystische fibrose, “zegt hij,” zou moeten corrigeren ziekte-veroorzakende mutaties in de luchtwegen stamcellen die aanleiding geven tot de rest van de cellen in de luchtwegen.,”Vaidyanathan was de hoofdauteur op een studie gepubliceerd in December 2019 waaruit blijkt dat een CRISPR-benadering maar liefst de helft van de bovenste luchtwegcellen van mensen met cystische fibrose10 kon corrigeren.

een andere zorg is dat CRISPR-therapieën de verkeerde plaats in het genoom kunnen bewerken. Sommige wetenschappers zeggen dat dergelijke off-target effecten kankermutaties kunnen veroorzaken.Katie Brady zegt dat haar familie zekerheid nodig heeft dat elke gentherapie die haar zoon in de toekomst krijgt, veilig is. “We zouden zeker willen zijn van wat het eigenlijk doet”, zegt ze., Maar Brady kijkt gretig naar de vooruitgang die wordt geboekt met genetische behandelingen. “Ik weet dat dat waarschijnlijk de route is die we waarschijnlijk zullen moeten gaan omdat zijn mutaties zo zeldzaam zijn. We zijn allemaal voor het proberen van iets dat Henry zou kunnen helpen en minimale bijwerkingen hebben.”