Nova esperança de la teràpia gènica: un virus d'orientació neuronal s'està salvant vides infantils

No hi ha res estrany quan es reuneixi amb Evelyn, un borratxedor de gairebé 3 anys amb rínxols vermells, excepte que no ha d'estar aquí, xerrant amb un visitant a la sala d'estar de la seva família, girant-se a la cintura de la cançó de Pharrell Williams "Feliç . "

La germana major de Evelyn, Josephine, va tenir una atròfia muscular espinal tipus 1 (SMA1), una malaltia genètica que paralitza paulatinament els nadons. Va morir als 15 mesos. Evelyn va ser un embaràs inesperat, però els seus pares van decidir tenir el bebè malgrat les probabilitats d'una segona tragèdia.

Poc després que Evelyn va néixer el desembre de 2014, van ser arrasats per aprendre de proves genètiques que ella també tenia SMA1. "Sabíem el que ens trobàvem: l'estimarem durant tot el temps que puguem", diu el seu pare, Milà Villarreal. Però aquesta mateixa nit, frenèticament a la recerca d'Internet, van aprendre sobre un assaig clínic a Ohio i van enviar un correu electrònic. A les 8 setmanes d'edat, Evelyn va rebre un tractament de teràpia gènica que li donava al cos una proteïna important que faltava.

I ara aquí està, no tan diferent de cap nadó sa. Tot i que té cuixes febles i no pot córrer amb normalitat ni saltar, es pot caminar ràpidament, ballar, traçar lletres, llançar blocs d'escuma, portar una cadira petita i pujar a la seva mare, la falda d'Elena. Després del desamor de la pèrdua del seu primer nadó, els Villarreals han vist amb sorpresa quan Evelyn s'ha arrossegat, caminava i parlava. "Era només un miracle. Cada fita era com una celebració. Vam obrir una ampolla de vi per cada petita cosa que feia ", diu Milà.

MIKE SHANAHAN

Els resultats de l'assaig Evelyn van participar també en investigadors de teràpia gènica, encara que van marcar un dels èxits més dramàtics del camp amb problemes. Tots els 15 beus tractats per a SMA1, que s'espera que moren per 2 anys, viuen als 20 mesos o més, i la majoria es poden sentir, segons un informe d'aquesta setmana al New England Journal of Medicine (NEJM). Igual que Evelyn, un nen camina. Encara que un fàrmac recentment aprovat per SMA1 ha aconseguit efectes similars, s'ha d'injectar a la columna vertebral cada 4 mesos. La teràpia gènica està pensada com un tractament únic, i simplement es transmet a una vena. "Mai he vist un efecte [de la teràpia gènica] que és bo en una malaltia letal", diu el neuròleg Jerry Mendell de l'Hospital Infantil Nacional de Colón, que va dirigir el recent assaig.

La notícia s'afegeix a la creixent fortuna de la teràpia gènica. Un tracte per a una forma genètica de ceguesa, aprovat el mes passat per un panell assessor de l'Administració d'Aliments i Drogues dels Estats Units (FDA), està en camí de ser la primera teràpia gènica aprovada pels Estats Units per una malaltia hereditària. El mes passat, un equip va informar a NEJM que donar als nens un trasplantament de les seves pròpies cèl·lules mare modificades genèticament podria frenar una devastadora malaltia cerebral. Una teràpia gènica en el mercat a Europa va curar nens amb un trastorn immune que amenaça la vida i altres persones en desenvolupament van ajudar als hemofílics a desfer-se de les drogues de coagulació sanguínia.

Però l'estudi SMA1 es trenca perquè demostra el poder d'un nou vector, un virus que porta un gen terapèutic que, infós d'una vena, pot transportar la seva càrrega al sistema nerviós central, a través de l'anomenada barrera hematoencefàlica. En el passat, els esforços per tractar malalties neurològiques amb teràpia gènica sovint tenien resultats poc brillants, i el lliurament del vector de vegades requeria forats de perforació en el crani d'un pacient. Ara, els científics tenen un èxit indiscutible per a la teràpia gènica en el sistema nerviós central. Els resultats també deixen de costat els temors que inundar el corrent sanguini amb virus podria provocar una altra tragèdia com la mort d'un adolescent en un assaig de teràpia gènica fa 18 anys, el que va desviar el terreny.

La seguretat aparent i l'èxit del nou tractament és estimular a altres investigadors a utilitzar la teràpia gènica lliurada a una vena o columna vertebral per tractar malalties neurològiques i musculars d'infància poc freqüents, i fins i tot trastorns comuns d'adults com la malaltia de Parkinson. "S'obre un nou concepte a un camp que ha estat molt cautelós", diu Federico Mingozzi, que recentment va deixar el Généthon sense ànim de lucre francès per convertir-se en el principal responsable científic de la companyia de teràpia gènica Spark Therapeutics a Filadèlfia, Pennsilvània.

"La gent anirà a mirar enrere i veure això com una fita en un nou tipus de medicament que tindrà implicacions generals per a moltes malalties", afegeix l'investigador de teràpia gènica Steven Gray de la Universitat de Carolina del Nord (UNC) a Chapel Turó.

Al principi, quan els animals eren els pacients, el tractament de malalties neurològiques amb teràpia gènica semblava fàcil. A la dècada de 1990, els investigadors van injectar els cervells de ratolins nounats per tenir certs trastorns metabòlics amb vectors vírics que portaven un gen perdut. El resultat va ser "impactant, va ser tan bo", recorda Mark Sands de la Facultat de Medicina de la Universitat de Washington a St. Louis, Missouri. Però el cervell del ratolí és petit, afegeix. "El repte era com es pot escalar a partir d'un cervell del ratolí que pesa mig gram per al cervell d'un nen que pesa 1000 grams. Aquesta és una diferència de 2000 punts d'escala. Com fa això? "

Va resultar que els investigadors no podien. El 1996, un equip va injectar partícules grasses que contenien un gen curatiu en els cranis de dos nens que tenien un trastorn cerebral anomenat malaltia de Canavan. La investigació va ser controvertida i no va ajudar els pacients. Alguns dels mateixos investigadors van tractar després a 13 pacients més de Canavan per avorritar sis forats en les seves calaveres i injectar un vector format d'un virus aparentment innocu conegut com un virus adenoassociat (AAV); es va realitzar un assaig AAV similar per a un altre trastorn cerebral genètic de la infància greu, la malaltia de Batten.

Tanmateix, cap dels dos tractava molt per frenar la malaltia. Els investigadors en un assaig amb nens taiwanesos que van ser severament inhabilitats per una deficiència de dos productes químics del cervell van reportar beneficis significatius. Però els resultats d'altres malalties han estat equívocs. Els estudis de mico han suggerit que el vector AAV no es difongués lluny dels llocs d'injecció, de manera que les cèl·lules cerebrals no van poder rebre el nou gen. "Van ser esforços heroics de moltes maneres, però la tecnologia no era ideal", diu Gray.

Un enfocament totalment diferent va produir els únics èxits sòlids en la malaltia neurològica. Els investigadors van prendre cèl·lules mare de la sang dels pacients, van usar el VIH modificat per enganxar-los en un nou gen i van infondre les cèl·lules de nou als pacients. Algunes de les cèl·lules van emigrar al cervell i es van formar cèl·lules de suport de neurones anomenades glies que van produir una proteïna necessària. En 15 nens, segons un estudi publicat el mes passat a NEJM, aquesta teràpia gènica "ex vivo" va aturar una malaltia mortal anomenada adrenoleucodistròfia (ALD), que destrueix la mielina envoltant les neurones. Els investigadors italians de teràpia gènica han reportat resultats comparables per a un tractament similar donat als pacients joves amb leucodistrofia metacromàtica de la malaltia cerebral.

Però la teràpia gènica ex vivo funciona millor per a les malalties cerebrals causada per la manca de proteïnes segregades: les cèl·lules trasplantades poden reemplaçar-la per la sortida de la molècula per a altres cèl·lules neuronals que es recuperin. Per a molts trastorns, la proteïna desapareguda opera dins de les cèl·lules, de manera que totes les cèl·lules que la necessiten han de rebre el vector.

(SOURCE) CLINICALTRIALS.GOV

La història del vector viral que sembla respondre a aquesta necessitat comença amb una mort. A principis dels anys 2000, un líder del camp, el genetista James Wilson de la Universitat de Pennsylvania (UPenn), es va veure obligat a redirigir la seva recerca. Wilson havia liderat el judici de 1999 en què Jesse Gelsinger, de 18 anys, va morir d'una reacció immune massiva a un potent vector d'adenovirus que havia rebut per tractar la seva malaltia hepàtica. Wilson, que tenia un interès financer en el judici, es va enfrontar a una demanda per part de la família i una investigació de la FDA, i finalment va acceptar una prohibició a 5 anys sobre els principals assaigs clínics. Així doncs, es va dirigir a trobar nous tipus de AAV, que eren més segurs que els adenovirus i s'havien convertit en un vector popular.

L'any 2004, Guangping Gao i uns altres del laboratori de Wilson van informar que havien pentinat els teixits humans i primats i van trobar més de 100 AAV nous amb un "tropisme" o preferència per infectar determinats tipus de cèl·lules. Un tipus, AAV9, era "a diferència de qualsevol altre AAV. Quan la va injectar a la sang amb una dosi elevada, va anar a tot arreu "-cor, múscul, teixit cerebral-recorda Wilson. El més atemorizante de tots va ser la seva capacitat per adaptar-se a les neurones, que són la clau per tractar moltes malalties cerebrals i espinals.

Altres investigadors es van esforçar per confirmar l'amor de l'AAV9 pel sistema nerviós. El 2009, un equip francès i el laboratori de Brian Kaspar a Nationwide van publicar papers separats que van galvanitzar el camp: administrats per via intravenosa a ratolins recentment nascuts, AAV9 va creuar la barrera hematoencefàlica: la tensa xarxa de cèl·lules que protegeix el sistema nerviós central de patògens i toxines i neurones infectades per la medul·la espinal i el cervell.

Quan l'equip de Nationwide estava preparat per provar AAV9 a les persones, va optar per dirigir-se a SMA1, la causa genètica més freqüent de la mort dels bebès. Els nadons amb ella manquen d'un gen SMN1 funcional, que codifica una proteïna anomenada neurona motor de supervivència (SMN) que sosté neurones espinals durant tota la vida. La majoria de les persones tenen diverses còpies d'un gen de còpia de seguretat, SMN2, que pot produir petites quantitats de NMS, limitant la gravetat de la malaltia. Però els que tenen SMA1 només tenen dos d'aquests gens secundaris i massa poca proteïna.

Els nadons que neixen amb SMA1 són disquets i no poden xuclar bé o aixecar el cap; perquè les neurones motores espinoses falten, els músculs es debiliten i, en algun moment, ja no poden respirar pel seu compte i moren. Un equip liderat per Kaspar es va proposar desenvolupar un tractament mitjançant l'enginyeria AAV9 per portar el gen SMN. Van planificar injectar-la per via intravenosa, després de demostrar que els ratolins nounats amb SMA1 que van ser tractats d'aquesta manera tenien la funció motora normal i la vida útil.

Però això probablement requereix quantitats massives de vectors virals. A causa de que les cèl·lules hepàtiques també són un objectiu favorit de AAV, el fetge elimina la majoria d'AAV9 injectats a la sang; gran part del que queda es dirigeix ​​a altres teixits. Com a resultat, menys de l'1% de la dosi original travessa la barrera hematoencefàlica, Gray va estimar que era un postdoc amb la Jude Samulski de la UNC. Segons la quantitat necessària per tractar els ratolins SMA1, l'equip de Nationwide va proposar una dosi terapèutica de 100 vegades més gran del que s'havia pogut injectar a la sang del pacient en un assaig de teràpia gènica.

Tanmateix, les proves amb micos suggereixen que la dosi seria segura. La FDA i el Comitè Assessor d'ADN Recombinant, el cos de NIH que revisa la majoria dels assaigs de teràpia gènica dels EUA, van aprovar l'estudi, que Nationwide i una fundació van acordar finançar. (Una nova empresa cofundada per Kaspar anomenada AveXis va finançar les fases posteriors de la prova després de llicenciar la teràpia de Nationwide).

Tot i així, molts investigadors de teràpia gènica van contestar la respiració, tement a un altre desastre com Gelsinger. "Tenia moltes persones nervioses. Va ser una tremenda càrrega viral a pacients molt joves ", diu Samulski.

Poc després que el primer bebè rebés una dosi d'assaig de la teràpia AAV9, els seus enzims hepàtics es van elevar a 31 vegades la normalitat, indicant possibles danys cel·lulars. "No vaig dormir bé aquesta nit", diu Mendell. Però els esteroides ràpidament van baixar els nivells, i la FDA li va aconsellar que continués, va dir. Altres tres lactants van desenvolupar enzims hepàtics elevats, però no van haver-hi signes clínics de dany hepàtic i el procés va continuar.

Encara que el procés es va dissenyar principalment per provar la seguretat de la teràpia, ràpidament es va fer evident que el gen introduït retardava l'atròfia dels infants. En comptes de convertir-se en un floppier i lluitant per respirar, es van fer més forts. Acostat a l'estómac, Evelyn va començar un dia per aixecar el cap, recorda Elena Villarreal. "Era com, és a dir, això és impossible amb SMA1". Ara, només vuit dels 15 nadons tractats necessiten ajuda d'una màscara per respirar. I 11 dels 12 que van rebre la dosi més gran de dos AAV9, un dels quals va ser tractat tard, als 6 mesos, es pot sentir almenys breument sense ajuda, menjar i parlar. Matteo, un noi de Miami, Florida, que va aconseguir la teràpia només 27 dies després del naixement, pot córrer i està colpejant fites de desenvolupament normals, diu el seu pare, Derwin Almeida.

Els resultats de la prova són "notables", diu Charlotte Sumner, investigador de SMA a la Universitat Johns Hopkins de Baltimore, Maryland. Un fàrmac anomenat nusinersen, que consisteix en una cadena d'ARN que ajuda el gen SMN2 a produir més proteïna, ha tingut efectes igualment impressionants en infants de SMA1 en un estudi en curs, i va ser aprovat per la FDA el desembre passat. Però la teràpia gènica és atractiva a causa del "benefici fet i únic", assenyala Sumner.

Quant temps el tractament funcioni és desconegut. A diferència del VIH i altres virus utilitzats per a la teràpia gènica ex vivo, els AAV no integren el gen terapèutic en el genoma d'una cèl·lula; ho dipositen com un llaç de DNA lliurement flotant, el que significa que els efectes es poden perdre a mesura que es copien les cèl·lules. Però les neurones no es divideixen, de manera que el teixit tractat ha de seguir produint proteïna SMN durant anys, afirma Kevin Flanigan, director del centre de teràpia gènica de Nationwide.

Si els beneficis de la teràpia gènica es desvangen, els pacients de la SMA1 necessitaran un retrat, i ara tenen anticossos a AAV9 que poden dificultar-ho. Però els investigadors a nivell nacional estan treballant en contramedidas, com filtrar anticossos de la sang o donar certes drogues immunosupressores, diu Mendell.

Una altra preocupació llunyana és el càncer. Els estudis realitzats per Sands i altres han descobert que quan se'ls administra IV en grans dosis als ratolins recentment nascuts, alguns AAV poden integrar el seu ADN al genoma i causar càncer de fetge. Sands assenyala que els científics encara no saben si aquests resultats són rellevants per als éssers humans. Alguns terapeutes genètics se senten segurs que el càncer de fetge no ha aparegut en els centenars de pacients exposats a AAV en assaigs de teràpia gènica passats.

AveXis ha llançat un segon estudi SMA1, i també planeja tractar formes més suaus de la malaltia. Si els assaigs suposen la promesa de la teràpia, produir suficients dosis per satisfer les necessitats dels pacients serà un repte. Però un portaveu d'AveXis diu que una nova planta prop de Chicago, Illinois, hauria de tenir capacitat per produir dosis per als 500 naixements de SMA1 cada any als Estats Units i Europa. L'empresa encara no ha establert un preu sobre el tractament, però probablement serà costós les teràpies genètiques en el mercat per un valor superior a $ 700,000 per tractament.

CENTRE DE CERVÈ I ESPINET DE MEDICINA WEILL CORNELL

Ara que la teràpia gènica d'AAV amb dosis elevada i sistèmicament lliurada sembla segura, els equips de Nationwide i d'altres llocs estan iniciant assaigs per a altres malalties neuromusculars que intentaran lliurar un nou gen per IV a les cèl·lules musculars en comptes de les neurones.

Els científics també estan explorant la següent pregunta per AAV9: pot anar més enllà d'ajudar les neurones espinals i arribar al cervell en nivells prou alts per aturar les malalties? Els primers resultats podrien provenir d'un assaig en curs, patrocinat per l'empresa Abeona Therapeutics i dirigit per Nationwide, que està utilitzant l'administració IV d'una teràpia gènica AAV9 per a la síndrome de tipus Sanfilippo. Els nens amb la malaltia manquen d'un enzim necessari per trencar el sulfat heparàcic, una molècula que s'acumula al cervell i causa un dany que es manifesta a les edats entre 2 i 6 anys. Un any després de tres nens van ser tractats, els nivells de sulfat heparà en el seu fluid espinal han disminuït bruscament, els seus fongs engrandits s'han reduït, i les seves puntuacions en proves cognitives no verbals semblen haver-se estabilitzat, Flanigan ha informat a les reunions.

Altres assaigs es basen en les propietats de la neurona de l'AAV9, però administren-la directament al sistema nerviós central del pacient mitjançant una injecció en el líquid espinal ( vegeu la taula ). Això requereix menys virus que l'entrega de IV, de manera que la fabricació no serà tant d'un obstacle; també pot funcionar millor per a pacients d'edat avançada, la barrera hematoencefálica està més desenvolupada que la dels infants. I el lliurament de la columna vertebral hauria de reduir qualsevol resposta immunitària.

En la primera prova d'aquesta estratègia, un assaig a NIH ha donat a vuit pacients amb una malaltia anomenada neuropatia axonal gegant, un vector AAV9 que conté un gen reemplaçat pel que fa a la culpa, que destrueix els nervis transmissors d'impulsos de les cèl · lules nervioses axons i afecta el cervell. Grey, els estudis dels quals en animals en el laboratori de Samulski van establir les bases del procés, diu que és massa aviat per informar els resultats. Però Lori Sames, de Rexford, Nova York, el fundador de la qual va recolzar la investigació de Gray, va dir que la seva filla de 13 anys d'edat, Hannah, tractada el juliol de 2016, ha tingut algunes millores: la seva visió s'ha estabilitzat i ella pot alimentar-se i recolzar-se. "Estem molt contents amb el que estem veient", diu Sames.

Per als pacients amb SMA1 i altres trastorns progressius, el tractament precoç és crític. "Una vegada que les neurones s'han anat, ja no estan", diu el neuròleg pediàtric Jonathan Mink del Centre Mèdic de la Universitat de Rochester a Nova York. De moment, els germans dels nens ja afligits per aquestes malalties genètiques són els més susceptibles d'identificar-se amb la suficient antelació per al tractament preventiu. Tanmateix, els grups pacients demanen que s'afegeixin malalties com ALD i SMA a les proves de cribratge del nounat, que podrien ampliar l'abast de la teràpia.

Alguns investigadors segueixen sent escèptics que les noves maneres menys invasives d'oferir AAV9 arribaran a les cèl·lules cerebrals suficients. "Tinc els meus dubtes que serà àmpliament aplicable a altres trastorns", especialment en nens grans, diu Ronald Crystal de Weill Cornell Medicine a la ciutat de Nova York, que ha utilitzat el lliurament de cranis per tractar la malaltia de Batten.

Altres terapeutes genètics esperen trobar nous vectors AAV que són encara millors per travessar la barrera hematoencefàlica. Un grup de l'Institut de Tecnologia de Califòrnia a Pasadena ha identificat diversos, incloent una variant AAV que travessa la barrera 40 vegades més efectivament que AAV9 en ratolins. Voyager Therapeutics, a Cambridge, Massachusetts, afirma que aquests vectors semblen funcionar també en micos, encara que aquestes dades romanen inèdites.

Tan entusiasmats com els terapeutes genètics estan amb l'estudi SMA1 que va donar als pares d'Evelyn la seva noia ballarina, veurem ansiosament si la mateixa estratègia pot salvar més nens amb malalties genètiques severes. Si ho fa, el lloc de teràpia gènica en l'arsenal de la medicina estarà segur. Wilson diu: "Aquesta no va ser una modesta millora. Es tracta d'un canvi transformacional. Això és el que sempre esperàvem que la teràpia gènica seria ".

Notícies de la ciència, per Jocelyn Kaiser , 1 de novembre de 2017, 5:00 PM

http://www.sciencemag.org/news/2017/11/gene-therapy-s-new-hope-neuron-targeting-virus-saving-infant-lives