Good Mood

När Katie Bradys son föddes verkade allt normalt. Sjukhuspersonalen prickade sin häl för att få blod för ett rutinmässigt nyfött screeningtest, och hon och hennes man väntade på resultatet utan stor oro., Paret hade tre barn redan — alla tjejer-och det enda som tycktes skilja Henry från sina syskon vid födseln var det faktum att han var en pojke.

men under de dagar som följde fick han inte lika mycket vikt som Bradys andra barn hade gjort omedelbart efter födseln. Då kom resultatet från blodprovet tillbaka, och Bradys oro ökade., ”Vi fick samtalet när han var sex dagar gammal och sa att hans nyfödda screening kom tillbaka ofullständigt för cystisk fibros”, säger hon, med hänvisning till det ofta dödliga genetiska tillståndet där klorid inte kan strömma in och ut ur celler normalt, vilket orsakar slemuppbyggnad i lungorna som skapar en grogrund för dödliga infektioner. När Henry var tre veckor gammal tog hans familj honom tillbaka till sjukhuset, där läkare analyserade hans svett. Testet visade höga halter av klorid, vilket bekräftar allas rädsla. Henry hade sjukdomen.,

det medicinska teamet tog ytterligare prover av Henrys blod för att ta reda på vilka mutationer han bar i genen vid roten av hans tillstånd: cystisk fibros transmembrane conductance regulator (CFTR). ”Vi fick inte reda på hans genmutation förrän åtta veckor senare”, säger Brady. Även om cystisk fibros är en av de vanligaste livshotande genetiska störningarna, som påverkar uppskattningsvis 90 000 personer över hela världen, är vissa CFTR-mutationer vanligare än andra., Dessutom har individer med cystisk fibros mutationer i båda deras CFTR-gener, så olika människor har olika kombinationer av mutationer.

Henry visade sig ha en extremt sällsynt mutation i båda kopiorna av sin CFTR-gen. ”De har berättat för oss att det kanske finns två andra människor i landet eller världen som har sin genkombination”, säger Brady.

färska alternativ

det senaste decenniet har medfört stora genombrott i läkemedelsbehandlingar för cystisk fibros., I 2012, den AMERIKANSKA Food and Drug Administration (FDA) godkänd ivacaftor, som säljs under varumärket Kalydeco av Vertex Pharmaceuticals i Boston, Massachusetts. Ivacaftor var det första läkemedlet för att behandla den bakomliggande orsaken till cystisk fibros genom att rädda funktionen av proteinet tillverkat av CFTR, och fler läkemedel som verkar på ett liknande sätt har kommit sedan dess. I 2019 godkände FDA Vertex Trikafta, en trippel-läkemedelskombination av ivacaftor, elexacaftor och tezacaftor som ökade lungfunktionen hos personer med cystisk fibros med i genomsnitt 14% i kliniska trialer1., Även om detta låter som bara en mindre förbättring, säger patienterna att de känner skillnaden med även små ökningar i lungfunktionen. Trikafta arbetar för personer med cystisk fibros som har minst en kopia av f508delmutationen i sina CFTR-gener. Det står för cirka 90% av dem med villkoret.

Henry har dock inte den mutationen, eller någon av de andra handfulla mutationerna som de senaste drogerna har riktat mot. Han är bland dem som har ultra-sällsynta mutationer i CFTR som hindrar genen från att producera något protein som helst., Droger kan inte rädda proteinet, för det finns inte där. ”De mediciner som har kommit ut kommer inte att hjälpa honom alls”, säger hans mamma. För patienter som Henry är genetiska terapier det mest lovande hoppet på ett hälsosamt liv.

forskare har försökt i 30 år att använda genterapi mot cystisk fibros. I tidigare ansträngningar fungerade inte de virus som de konstruerade för att leverera arbetskopian av genen till celler effektivt., Nu, tack vare bättre vektorer och andra innovationer i att leverera genetiska sekvenser, genersättning terapier närmar sig kliniska prövningar, och fältet får fart.

i oktober 2019 tillkännagav Cystic Fibrosis Foundation, en ideell organisation i Bethesda, Maryland, us $ 500 miljoner i finansiering under de kommande sex åren för forskning om behandlingar för cystisk fibros, inklusive genterapi tillvägagångssätt., Och i April 2020 sa Vertex Pharmaceuticals att det samarbetade med bioteknikföretaget Affinia Therapeutics i Waltham, Massachusetts, för att utveckla genterapier för cystisk fibros.

Michael Boyle, verkställande direktör för Cystic Fibrosis Foundation, säger att forskare bör utforska många olika genetiska terapier som kan hjälpa människor vars sjukdom inte kan behandlas med droger som Trikafta. ”Vi vill ha många skott på mål i den här sista gruppen”, säger han.

genbaserade terapier är redan godkända för andra sjukdomar., I slutet av 2017, till exempel FDA i usa som skapade rubriker genom att godkänna en in vivo-gen-substitutionsterapi kallas voretigene neparvovec, eller Luxturna, som behandlar en sällsynt form av ärftlig blindhet.

Katie Brady säger att läkare har ändrat sin melodi och är mycket mer optimistiska om genterapialternativ än de var när Henry föddes. ”När han diagnostiserades för fem år sedan sa de att vetenskapen har kommit långt och stora saker kommer, men de var inte nästan lika hoppfulla som de är nu”, säger hon. ”Det är bara en helt annan värld., Vi har fått höra under de senaste två åren att de tror att det sannolikt kommer att finnas något för honom så att han kan leva ett normalt liv.”

Going viral

forskare identifierade Först2 CFTR-genen som den skyldige bakom cystisk fibros 1989. Bara ett år senare visade två olika grupper3,4 självständigt att det var möjligt att introducera genen i ex vivo-celler med hjälp av en viral vektor, vilket fick cellerna att producera CFTR-proteinet. Detta bevis på konceptet sporrade forskning om genterapi mot cystisk fibros med hjälp av adenovirus som virala vektorer., Vanligtvis skulle adenovirus orsaka förkylning eller andra luftvägsinfektioner, men forskarna använde icke-skadliga versioner och konstruerade dem så att de bar CFTR-genen. År 1993 publicerades resultat från den första kliniska prövningen av detta tillvägagångssätt5.

1993-studien, utförd av ett team som inkluderade biologer vid University of Iowa College of Medicine i Iowa City och vid bioteknikföretaget Genzyme i Cambridge, Massachusetts, var ett tidigt försök till en typ av terapi som heter genersättning., I detta tillvägagångssätt introduceras genen i en persons celler, men sekvensen integreras inte i deras DNA. Men resultaten från denna första genterapistudie för cystisk fibros var bristfälliga — vilket var fallet med andra försök under de närmaste åren.

forskare började oroa sig för att den upprepade administreringen av adenovirusbaserade behandlingarna orsakade kroppen att producera ett immunsvar som neutraliserade viruset, vilket gjorde behandlingen ineffektiv. Då drabbades tragedin., År 1999 genomgick en 18-åring som heter Jesse Gelsinger en adenovirusbaserad behandling för en ärftlig sjukdom. Fyra dagar senare dog han av en massiv immunreaktion som kallas en cytokinstorm.

området för genterapi kom till ett abrupt stopp. När arbetet gradvis återupptogs, drog forskarsamhället adenovirus och bytte till adeno-associerade virus (AAVs), som ansågs orsaka ett mildare immunsvar., I februari 1999, före Gelsingers tragiska död, hade en grupp vid Stanford University School of Medicine i Kalifornien publicerat resultaten från en klinisk studie av tio patienter med cystisk fibros som fick genterapi som använde en AAV-vektor6. Denna studie, och efterföljande, gav inte en stor förbättring av symtomen. Men inte heller verkade de orsaka de massiva immunologiska problemen som uppstod med adenovirusvektorer.

läkemedelsföretag bedriver fortfarande AAV för behandling av cystisk fibros., Genterapiföretaget 4D Molecular Therapeutics i Emeryville, Kalifornien, har flera AAV-baserade terapier i preklinisk utveckling, och Spirovant, ett genterapiföretag i Philadelphia, Pennsylvania, följer också detta tillvägagångssätt. David Schaffer, en bioengineer vid University of California, Berkeley, och en av grundarna av 4D Molekylär Medicin, säger att företaget använder ett AAV som har utvecklats för att vara mer smittsam (men fortfarande ofarliga) så det kan nå ut till fler celler i lungorna. Han säger att företaget hoppas kunna testa detta tillvägagångssätt mot cystisk fibros i kliniska prövningar år 2021., ”Vi har nu vår ledning AAV som är mycket, mycket bättre än vad som hittills har varit i kliniken för cystisk fibros”, säger Schaffer.

AAV vektorer har storleksbegränsningar. De små, som bäst kan komma in i celler, kan bara bära gensekvenser på upp till cirka 4,7 kilobaser., Den CFTR gensekvensen som läggs till i dem är runt 4.6 kilobaser, vilket innebär att det finns nästan inget utrymme kvar för forskare att införliva ytterligare sekvenser som kan bidra till att främja proteinproduktion från genen. Sådana promotorsekvenser skulle teoretiskt öka produktionen och göra vektorn bättre på att höja CFTR-proteinnivåerna. Spirovant verkställande direktör Joan Lau säger att hennes företag har proprietära innovationer för att ta itu med denna fråga. ”Vi har en funktionell CFTR som är lite kortare och en stark promotor som passar inom AAV: s bärförmåga”, säger hon.,

Spirovant och andra företag ser också bortom AAV, med ett särskilt fokus på lentivirus. Eric Alton, en biolog vid Imperial College London, förklarar att lentivirus kan bära en större geninsättning än AAVs kan. Lentiviruses också verkar mindre troligt att neutraliseras och förstörs av immunförsvaret än AAVs, lägger Alton, som är samordnare för STORBRITANNIEN Cystisk Fibros genterapi-Konsortiet, som består av forskare från Imperial College London, Oxford University och University of Edinburgh., Dessutom, eftersom lentivirus integreras i värdcellernas DNA, kanske de inte behöver administreras så ofta. Konsortiet har samarbetat med läkemedelstillverkaren Boehringer Ingelheim i Ingelheim, Tyskland, för att driva en lentivirusbaserad genterapi mot cystisk fibros, som ligger i preklinisk fas.

Virusalternativ

forskare har också tittat bortom virala vektorer för att leverera genbaserade terapier. Till exempel har ett tillvägagångssätt varit att injicera CFTR-genen direkt, men med lipidmolekyler tillsatta runt den för att skydda den genetiska sekvensen från nedbrytning., Försök med detta tillvägagångssätt går tillbaka till början av 1990-talet. men då var nivåerna av proteinproduktion inte tillräckligt höga för att flytta terapin framåt — och vilken liten effekt den producerade verkade inte vara tillräckligt länge. I 2015 tog UK Cystic Fibrosis Gen Therapy Consortium en liposombaserad behandling så långt som en fas IIb-trial7, men det förbättrade bara lungfunktionen med några procentenheter och avancerade aldrig till marknaden. Alton säger att han och hans kollegor fortfarande arbetar för att göra liposombaserad behandling effektivare. ”Vi har inte avsatt det”, säger han.,

i stället för att leverera DNA-koden för den felaktiga CFTR-genen försöker vissa grupper leverera RNA för att hjälpa människor med cystisk fibros. Till exempel gör therapeutics company Translate Bio i Lexington, Massachusetts, detta med messenger RNA (mRNA). Normalt kopieras DNA i cellkärnan till mRNA, som sedan går in i cellcytoplasman och tjänar som mall för proteinproduktion. Översätt Bio hoppar över det första steget genom att direkt leverera mRNA för CFTR till lungceller., Företaget har lanserat en klinisk studie där minst 40 vuxna slumpmässigt kommer att tilldelas för att få denna behandling eller placebo. I februari 2020 meddelade företaget att FDA hade beviljat snabbspårsstatus till denna behandling, vilket innebär att Translate Bio kommer att ha mer frekventa möten med tillsynsmyndigheten, vilket skulle kunna besluta att flytta behandlingen snabbare mot godkännande.

ett annat tillvägagångssätt som involverar RNA kommer från det biofarmaceutiska företaget ReCode Therapeutics i Dallas, Texas., Metoden företaget har utvecklat bygger på överföring RNA (tRNA) — korta sekvenser som hjälper till att färja aminosyramolekyler till cellulära maskiner för att producera proteiner. Vissa tRNA-molekyler startar och stoppar också denna proteinproduktionsprocess. Tyvärr rekryterar vissa cystiska fibros-mutationer för tidigt tRNA-molekylerna som signalerar produktionen av CFTR-protein för att stoppa. Recodes tillvägagångssätt innebär att man skapar tRNA-molekyler som lurar maskinen till att fortsätta att göra CFTR-proteinet., ”TRNA vi använder är verkligen lik den naturliga tRNA”, säger David Lockhart, VD för ReCode Therapeutics, men med en vridning som gör det möjligt att hålla proteinproduktionen igång.

andra läkemedelsutvecklare arbetar med så kallade read-through-tillvägagångssätt som uppmuntrar celler att ignorera den för tidiga stoppsignalen vid vissa cystiska fibros-mutationer. Till exempel har Eloxx Pharmaceuticals i Waltham, Massachusetts, utformat en molekyl som trickar själva cellmaskineriet — känd som ribosomen — för att fortsätta montera CFTR-proteinet genom att ignorera stoppmeddelanden från tRNA., Företaget stoppade sin fas II-studie av denna terapi på grund av covid-19-pandemin, men det säger att det hoppas att återuppta denna kliniska undersökning snart.

det mesta av den senaste buzzen inom genterapi för cystisk fibros har omringat genredigering med system som CRISPR–Cas9, en metod där DNA hos patienternas celler korrigeras direkt på ett sådant sätt att efterföljande celler som produceras genom replikering bär en fungerande version av CFTR-genen., (Däremot leder behandlingar som utförs av avav inte till att ersättningsgener integreras i cellernas DNA; i själva verket försvinner de ofta över tiden på grund av cellomsättningen.) Det ultimata hoppet är att patienter en dag kan få en enda CRISPR-behandling som reparerar sina lungceller för livet. Detta, säger forskare, skulle vara ett sant botemedel mot cystisk fibros.

några av de mest lockande bevisen för CRISPR: s löfte kommer från experiment med organoider — kluster av patienternas celler som växer för att ha några av organets egenskaper., I augusti 2019, ett team av forskare inklusive molekylär virolog Anna Cereseto vid Universitetet i Trento i Italien visade att CRISPR kunde redigera bort de misstag i CFTR och orsaka genen för att producera funktionella proteiner i organoids8. Det gjorde också detta framgångsrikt i luftvägsceller härrörande från celler som tagits från en person med cystisk fibros. Och i februari 2020 använde forskare vid Hubrecht Institute i Utrecht i Nederländerna ett exakt CRISPR-tillvägagångssätt som kallas basredigering för att korrigera mutationen i CFTR-genen och visade att den fungerade i organoider9.,

vägen mot ett botemedel

bekymmer kvarstår om hur man bäst levererar genbaserade terapier för cystisk fibros. Lungorna avviker i mindre och mindre grenar, och att få en terapi för att nå de minsta, djupaste delarna av lungorna är knepigt. ”Den största utmaningen är att leverera en vektor till så många av epitelcellerna som kantar luftvägarna som möjligt”, säger genetiker Chris Boyd vid University of Edinburgh i Storbritannien.,

för en genredigeringsmetod som CRISPR (eller till och med lentivirus) för att ge en sann ”botemedel” måste den nå lungens stamceller, säger Sriram Vaidyanathan, som undersöker stamcellstransplantation vid Stanford University. ”En hållbar genterapi för cystisk fibros”, säger han, ” skulle behöva korrigera sjukdomsframkallande mutationer i luftvägsstamceller som ger upphov till resten av cellerna i luftvägarna.,”Vaidyanathan var huvudförfattare på en studie publicerad i december 2019 som visar att ett CRISPR-tillvägagångssätt kan korrigera så många som hälften av de övre luftvägscellerna från personer med cystisk fibrosis10.

ett annat problem är att CRISPR-terapier kan redigera fel plats i genomet. Vissa forskare säger att sådana off-target effekter kan orsaka cancer mutationer.

Katie Brady säger att hennes familj skulle behöva försäkringar om att någon genbaserad terapi som hennes son kan få i framtiden är säker. ”Vi skulle vilja vara säkra på vad det faktiskt gör”, säger hon., Men Brady är ivrigt titta på de framsteg som görs med genetiska behandlingar. ”Jag vet att det är förmodligen den väg som vi sannolikt kommer att behöva gå eftersom hans mutationer är så sällsynta. Vi är alla för att försöka något som kan hjälpa Henry och har minimala biverkningar.”