Good Mood

Kiedy urodził się syn Katie Brady, wszystko wydawało się normalne. Personel szpitala ukłuł piętę, aby uzyskać krew do rutynowego badania przesiewowego noworodka, a ona i jej mąż czekali na wynik bez większych obaw., Para miała już troje dzieci – wszystkie dziewczynki — i jedyną rzeczą, która wydawała się odróżniać Henry ' ego od rodzeństwa przy narodzinach, był fakt, że był chłopcem.

ale w następnych dniach nie przytył tak bardzo, jak inne dzieci Brady ' ego zaraz po urodzeniu. Potem wrócił Wynik badania krwi, a obawy Brady ' ego wzrosły., „Otrzymaliśmy telefon, gdy miał sześć dni, mówiąc, że jego badania przesiewowe noworodka nie wykazały mukowiscydozy”, mówi, odnosząc się do często śmiertelnej choroby genetycznej, w której chlorek nie może normalnie przepływać do i z komórek, powodując nagromadzenie śluzu w płucach, które tworzy podłoże dla śmiertelnych zakażeń. Gdy Henry miał trzy tygodnie, rodzina zabrała go z powrotem do szpitala, gdzie lekarze analizowali jego pot. Test wykazał wysoki poziom chlorku, potwierdzając obawy wszystkich. Henry miał chorobę.,

zespół medyczny pobrał dodatkowe próbki krwi Henry ' ego, aby dowiedzieć się, które mutacje nosi w genie u podstawy jego choroby: mukowiscydoza transmembrane conductance regulator (CFTR). „Dowiedzieliśmy się o jego mutacji genowej dopiero osiem tygodni później”, mówi Brady. Chociaż mukowiscydoza jest jednym z najczęstszych zagrażających życiu zaburzeń genetycznych, dotykających około 90 000 ludzi na całym świecie, Niektóre mutacje CFTR są bardziej powszechne niż inne., Ponadto osoby z mukowiscydozą mają mutacje w obu genach CFTR, więc różni ludzie mają różne kombinacje mutacji.

Henry okazał się mieć ultra-rzadką mutację w obu kopiach genu CFTR. „Powiedzieli nam, że może są dwie inne osoby w kraju lub na świecie, które mają jego kombinację genów”, mówi Brady.

nowe opcje

ostatnia dekada przyniosła ogromne przełomy w leczeniu mukowiscydozy., W 2012 roku amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA) zatwierdziła iwakaftor, sprzedawany pod marką Kalydeco przez Vertex Pharmaceuticals w Bostonie w stanie Massachusetts. Iwakaftor był pierwszym lekiem, który leczył podstawową przyczynę mukowiscydozy, ratując funkcję białka wytwarzanego przez CFTR, a od tego czasu przybyło więcej leków, które działają w podobny sposób. W 2019 r.FDA zatwierdziła Vertex ' s Trikafta, potrójną kombinację iwakaftora, elexacaftora i tezacaftora, która zwiększyła czynność płuc u osób z mukowiscydozą średnio o 14% w badaniach klinicznych1., Chociaż brzmi to jak tylko niewielka poprawa, pacjenci mówią, że czują różnicę nawet niewielki wzrost czynności płuc. Trikafta działa u osób z mukowiscydozą, które mają co najmniej jedną kopię mutacji F508del w genach CFTR. Stanowi to około 90% osób z tym schorzeniem.

jednak Henry nie ma tej mutacji, ani żadnej innej garstki mutacji, które ostatnio były celowane przez leki. Jest jednym z tych, którzy mają bardzo rzadkie mutacje w CFTR, które uniemożliwiają genowi wytwarzanie jakiegokolwiek białka., Narkotyki nie mogą uratować białka, bo go tam nie ma. „Leki, które wyszły, w ogóle mu nie pomogą” – mówi matka. Dla pacjentów takich jak Henry, terapie genetyczne są najbardziej obiecującą nadzieją na zdrowe życie.

naukowcy od 30 lat próbują zastosować terapię genową przeciwko mukowiscydozie. W poprzednich wysiłkach wirusy, które zaprojektowali, aby dostarczyć roboczą kopię genu do komórek, nie działały skutecznie., Teraz, dzięki lepszym wektorom i innym innowacjom w dostarczaniu sekwencji genetycznych, terapie zastępujące geny zbliżają się do badań klinicznych, a pole nabiera rozpędu.

w październiku 2019, Mukowiscydoza Fundacja, organizacja non-profit w Bethesda, Maryland, ogłosił us $ 500 mln funduszy w ciągu najbliższych sześciu lat na badania w leczeniu mukowiscydozy, w tym metod terapii genowej., A w kwietniu 2020, Vertex Pharmaceuticals powiedział, że współpracuje z firmą biotechnologiczną Affinia Therapeutics w Waltham, Massachusetts, w celu opracowania terapii genowych dla mukowiscydozy.

Michael Boyle, dyrektor generalny Fundacji mukowiscydozy, twierdzi, że naukowcy powinni zbadać wiele różnych terapii genetycznych, które mogą pomóc ludziom, których choroby nie można leczyć lekami takimi jak Trikafta. „Chcemy mieć dużo strzałów na bramkę w tej ostatniej grupie” – mówi.

terapie oparte na genach są już zatwierdzone dla innych chorób., Pod koniec 2017, na przykład, FDA wykonane nagłówki poprzez zatwierdzenie terapii zastępczej genów in vivo o nazwie voretigene neparvovec lub Luxturna, który traktuje rzadką formę dziedzicznej ślepoty.

Katie Brady mówi, że lekarze zmienili zdanie i są bardziej optymistyczni co do opcji terapii genowej niż kiedy urodził się Henry. „Kiedy zdiagnozowano go pięć lat temu, powiedzieli, że nauka przeszła długą drogę i wielkie rzeczy nadchodzą, ale nie byli tak pełni nadziei, jak teraz”, mówi. „To po prostu zupełnie inny świat., Powiedziano nam w ciągu ostatnich dwóch lat, że wierzą, że prawdopodobnie będzie coś dla niego, aby mógł żyć normalnie.”

wirusowe

naukowcy po raz pierwszy zidentyfikowali gen CFTR jako winowajcę mukowiscydozy w 1989 roku. Zaledwie rok później dwie różne grupy3,4 niezależnie wykazały, że możliwe jest wprowadzenie genu do komórek ex vivo za pomocą wektora wirusowego, powodując, że komórki wytwarzają białko CFTR. Ten proof of concept pobudził badania nad terapią genową przeciwko mukowiscydozie przy użyciu adenowirusów jako wektorów wirusowych., Zwykle adenowirusy powodowałyby przeziębienie lub inne infekcje dróg oddechowych, ale naukowcy wykorzystywali nieszkodliwe wersje i konstruowali je tak, aby nosiły Gen CFTR. W 1993 r.opublikowano wyniki pierwszego badania klinicznego tego podejścia5.

próba z 1993 roku, przeprowadzona przez zespół, w skład którego wchodzili biolodzy z University of Iowa College Of Medicine w Iowa City oraz z firmy biotechnologicznej Genzyme w Cambridge w stanie Massachusetts, była wczesną próbą terapii zwanej zastępowaniem genów., W tym podejściu gen jest wprowadzany do komórek osoby, ale sekwencja nie integruje się z ich DNA. Ale wyniki z tego pierwszego badania terapii genowej dla mukowiscydozy były słabe-jak to było w przypadku innych badań w ciągu najbliższych kilku lat.

naukowcy zaczęli obawiać się, że wielokrotne podawanie leków opartych na adenowirusie spowodowało, że organizm wytworzył odpowiedź immunologiczną, która zneutralizowała wirusa, czyniąc leczenie nieskutecznym. Potem nastała tragedia., W 1999 roku 18-letni Jesse Gelsinger przeszedł leczenie oparte na adenowirusie w przypadku choroby dziedzicznej. Cztery dni później zmarł w wyniku masywnej reakcji immunologicznej zwanej burzą cytokinową.

dziedzina terapii genowej nagle się zatrzymała. Kiedy prace stopniowo wznawiano, społeczność badawcza porzuciła adenowirusy i przestawiła się na wirusy związane z Adenem (aavs), które uważano za powodujące łagodniejszą odpowiedź immunologiczną., W lutym 1999 roku, przed tragiczną śmiercią Gelsingera, grupa w Stanford University School Of Medicine w Kalifornii opublikowała wyniki badania klinicznego dziesięciu pacjentów z mukowiscydozą, którym podawano terapię genową z użyciem wektoraku AAV6. Badanie to, jak i kolejne, nie przyniosło znaczącej poprawy objawów. Ale nie wydaje się, aby powodować ogromne problemy immunologiczne, które powstały z adenowirusów wektorów.

firmy farmaceutyczne nadal prowadzą leczenie mukowiscydozy., Firma terapii genowej 4D Molecular Therapeutics w Emeryville w Kalifornii ma kilka terapii opartych na AAV w rozwoju przedklinicznym, a Spirovant, firma terapii genowej w Filadelfii w Pensylwanii, również realizuje to podejście. David Schaffer, bioinżynier na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley i współzałożyciel 4D Molecular Therapeutics, mówi, że firma wykorzystuje AAV, który został zaprojektowany tak, aby był bardziej zakaźny (ale nadal nieszkodliwy), dzięki czemu może dotrzeć do większej liczby komórek w płucach. Mówi, że firma ma nadzieję przetestować to podejście przeciwko mukowiscydozie w badaniach klinicznych w 2021 roku., „Mamy teraz nasz główny AAV, który jest znacznie, znacznie lepszy niż to, co było do tej pory w klinice mukowiscydozy”, mówi Schaffer.

wektory AAV mają ograniczenia rozmiaru. Te małe, które najlepiej dostają się do komórek, mogą przenosić sekwencje genów do około 4,7 kilobazy., Sekwencja genu CFTR, która jest dodawana do nich, wynosi około 4,6 kilobaz, co oznacza, że prawie nie ma miejsca dla naukowców, aby włączyć dodatkowe sekwencje, które mogą pomóc w promowaniu produkcji białek z genu. Takie sekwencje promotorów teoretycznie zwiększyłyby produkcję i uczyniły wektor lepszym w podnoszeniu poziomu białka CFTR. Dyrektor Generalny Spirovant Joan Lau mówi, że jej firma ma własne innowacje, aby rozwiązać ten problem. „Mamy funkcjonalny CFTR, który jest nieco krótszy i silny promotor, który pasuje do nośności AAV”, mówi.,

Spirovant i inne firmy również szukają poza AAVs, ze szczególnym naciskiem na lentivirusy. Eric Alton, biolog z Imperial College London, wyjaśnia, że lentivirusy mogą przenosić większą insercję genu niż AAVs. Lentivirusy również wydają się mniej prawdopodobne, aby być zneutralizowane i zniszczone przez układ odpornościowy niż AAVs, dodaje Alton, który jest koordynatorem brytyjskiego Konsorcjum terapii genowej mukowiscydozy, które składa się z naukowców z Imperial College London, University of Oxford i University of Edinburgh., Ponadto, ponieważ LENTIVIRUSY integrują się z DNA komórek gospodarza, może nie być konieczne podawanie ich tak często. Konsorcjum nawiązało współpracę z producentem farmaceutycznym Boehringer Ingelheim w Ingelheim, w Niemczech, w celu przeprowadzenia terapii genowej opartej na lentivirus przeciwko mukowiscydozie, która znajduje się na etapie przedklinicznym.

alternatywy dla wirusów

Na przykład, jednym ze sposobów było wstrzyknięcie genu CFTR bezpośrednio, ale z cząsteczkami lipidów dodanymi wokół niego, aby chronić sekwencję genetyczną przed degradacją., Próby z tym podejściem datowane są na początku lat 90., ale wtedy poziom produkcji białka nie był wystarczająco wysoki, aby przesunąć terapię do przodu — a niewielki efekt, jaki przyniosła, wydawał się nie trwać wystarczająco długo. W 2015 r. Brytyjskie Konsorcjum terapii genowej mukowiscydozy podjęło leczenie oparte na liposomach aż do badania fazy Iib7, ale tylko poprawiło czynność płuc o kilka punktów procentowych i nigdy nie weszło na rynek. Alton mówi, że on i jego koledzy nadal pracują nad tym, aby leczenie oparte na liposomach było bardziej skuteczne. „Nie odłożyliśmy tego na bok” – mówi.,

zamiast dostarczać kod DNA wadliwego genu CFTR, niektóre grupy próbują dostarczyć RNA, aby pomóc ludziom z mukowiscydozą. Na przykład, The therapeutics company Translate Bio w Lexington, Massachusetts, robi to przy użyciu messenger RNA (mRNA). Zwykle DNA w jądrze komórkowym jest kopiowane do mRNA, który następnie przechodzi do cytoplazmy komórkowej i służy jako szablon do produkcji białek. Translate Bio pomija pierwszy krok, dostarczając bezpośrednio mRNA dla CFTR do komórek płuc., Firma rozpoczęła badanie kliniczne, w którym co najmniej 40 dorosłych zostanie losowo przydzielonych do tego leczenia lub placebo. W lutym 2020 firma ogłosiła, że FDA przyznała status fast-track do tego leczenia, co oznacza, że Translate Bio będzie miał częstsze spotkania z agencją regulacyjną, która może podjąć decyzję o przeniesieniu leczenia szybciej w kierunku zatwierdzenia.

inne podejście z udziałem RNA pochodzi z firmy biofarmaceutycznej ReCode Therapeutics w Dallas w Teksasie., Metoda opracowana przez firmę opiera się na transferze RNA (tRNA) — krótkich sekwencjach, które pomagają transportować cząsteczki aminokwasów do maszynerii komórkowej w celu produkcji białek. Niektóre cząsteczki tRNA również rozpoczynają i zatrzymują ten proces produkcji białka. Niestety, niektóre mutacje mukowiscydozy przedwcześnie rekrutują cząsteczki tRNA, które sygnalizują zatrzymanie produkcji białka CFTR. Podejście ReCode ' a polega na tworzeniu cząsteczek tRNA, które zmuszają maszynę do dalszego wytwarzania białka CFTR., „TRNA, którego używamy, jest bardzo podobny do naturalnego tRNA”, mówi David Lockhart, prezes ReCode Therapeutics, ale z przekrętem, który umożliwia utrzymanie produkcji białka.

inni twórcy leków pracują nad tak zwanymi podejściami do odczytu, które zachęcają komórki do ignorowania przedwczesnego sygnału stop w niektórych mutacjach mukowiscydozy. Na przykład, Eloxx Pharmaceuticals w Waltham, Massachusetts, zaprojektował cząsteczkę, która oszukuje samą maszynerię komórkową-znaną jako rybosom – aby utrzymać składanie białka CFTR przez ignorowanie wiadomości stop z tRNA., Firma wstrzymała badanie fazy II tej terapii z powodu pandemii COVID-19, ale twierdzi, że ma nadzieję wkrótce wznowić to badanie kliniczne.

większość ostatnich szumów w dziedzinie terapii genowej na mukowiscydozę otoczyła edycję genów systemami takimi jak CRISPR–Cas9, metoda, w której DNA komórek pacjentów jest bezpośrednio korygowane w taki sposób, że kolejne komórki produkowane przez replikację niosą roboczą wersję genu CFTR., (W przeciwieństwie do tego, zabiegi dostarczane przez AAVs nie powodują genów zastępczych są zintegrowane z DNA komórek; w rzeczywistości często znikają w czasie ze względu na obrót komórek.) Ostateczną nadzieją jest to, że pacjenci mogą pewnego dnia otrzymać pojedyncze leczenie CRISPR, które naprawia ich komórki płuc na całe życie. To, jak mówią naukowcy, byłoby prawdziwym lekarstwem na mukowiscydozę.

niektóre z najbardziej kuszących dowodów na obietnicę CRISPR pochodzi z eksperymentów z organoidami-klastrów komórek pacjentów, które rosną, aby mieć pewne cechy narządu., W sierpniu 2019 r. zespół naukowców, w tym wirusologa molekularnego Anna Cereseto na Uniwersytecie w Trento we Włoszech, wykazał, że CRISPR może edytować błędy w CFTR i powodować, że Gen wytwarza funkcjonalne białka w organoidach8. Zrobił to również z powodzeniem w komórkach dróg oddechowych pochodzących z komórek pobranych od osoby z mukowiscydozą. W lutym 2020 r. naukowcy z Instytutu Hubrechta w Utrechcie w Holandii zastosowali precyzyjne podejście CRISPR zwane edycją bazową, aby skorygować mutację w genie CFTR i udowodnili, że działa ona w organoidach9.,

ścieżka ku wyleczeniu

Płuca rozchodzą się na mniejsze i mniejsze gałęzie, a uzyskanie terapii, aby dotrzeć do najmniejszych, najgłębszych części płuc, jest trudne. „Największym wyzwaniem jest dostarczenie wektora do jak największej liczby komórek nabłonkowych wyściełających drogi oddechowe”, mówi genetyk Chris Boyd z Uniwersytetu w Edynburgu w Wielkiej Brytanii. ,

aby podejście do edycji genów, takie jak CRISPR (lub nawet lentivirusy), aby zapewnić prawdziwe „lekarstwo”, musi dotrzeć do komórek macierzystych płuc, mówi Sriram Vaidyanathan, który bada transplantację komórek macierzystych na Uniwersytecie Stanforda. „Trwała terapia genowa na mukowiscydozę”, mówi, ” musiałaby skorygować mutacje powodujące choroby w komórkach macierzystych dróg oddechowych, które powodują powstanie reszty komórek w drogach oddechowych.,”Vaidyanathan był głównym autorem w badaniu opublikowanym w grudniu 2019 r. pokazującym, że podejście CRISPR może skorygować aż połowę komórek górnych dróg oddechowych pobranych od osób z torbielowatym włókniakomięsowym10.

kolejnym problemem jest to, że CRISPR może edytować niewłaściwe miejsce w genomie. Niektórzy naukowcy twierdzą, że takie efekty uboczne mogą powodować mutacje nowotworowe.

Katie Brady mówi, że jej rodzina potrzebuje zapewnienia, że każda terapia oparta na genach, którą jej syn może otrzymać w przyszłości, jest Bezpieczna. „Chcielibyśmy być pewni tego, co faktycznie robi”, mówi., Ale Brady pilnie obserwuje postępy w leczeniu genetycznym. „Wiem, że jest to prawdopodobnie droga, którą będziemy musieli przejść, ponieważ jego mutacje są tak rzadkie. Wszyscy jesteśmy za próbowaniem wszystkiego, co może pomóc Henry ' emu i mieć minimalne skutki uboczne.”