Svarbiu žingsniu siekiant veiksmingesnės smegenų ligų genų terapijos, MIT ir Harvardo plataus instituto tyrėjai sukūrė genų pristatymo priemonę, kuri naudoja žmogaus baltymą, kad veiksmingai peržengtų kraujo ir smegenų barjerą ir pristatytų ligai svarbų geną. pelių smegenys, ekspresuojančios žmogaus baltymą. Kadangi transporto priemonė jungiasi su gerai ištirtu baltymu hematoencefaliniame barjere, mokslininkai teigia, kad ji turi gerą galimybę veikti pacientams.
Genų terapija galėtų gydyti daugybę sunkių genetinių smegenų sutrikimų, kurie šiuo metu neturi gydymo ir gydymo galimybių. Tačiau FDA patvirtintos dažniausiai naudojamos transporto priemonės, skirtos pakuoti ir tiekti šią terapiją tikslinėms ląstelėms, adeno-associated virusai (AAV), negali veiksmingai peržengti kraujo ir smegenų barjero dideliu lygiu ir pristatyti terapinį krovinį.
Didžiulis iššūkis įveikti šį barjerą – labai selektyvią membraną, skiriančią kraują nuo smegenų – dešimtmečius trukdė kurti saugesnius ir veiksmingesnius smegenų ligų genų terapijos metodus.
Dabar Beno Devermano, instituto mokslininko ir Broad vektorių inžinerijos vyresniojo direktoriaus, laboratorijos mokslininkai sukūrė pirmąjį paskelbtą AAV, kuris nukreiptas į žmogaus baltymą, kad pasiektų humanizuotų pelių smegenis. AAV jungiasi prie žmogaus transferino receptorių, kurie yra labai išreikšti žmogaus kraujo ir smegenų barjeru.
Tyrime, paskelbtame m Mokslaskomanda parodė, kad jų AAV, švirkščiamas į humanizuotą transferino receptorių ekspresuojančių pelių kraują, prasiskverbė į smegenis daug didesniu lygiu nei AAV, kuris naudojamas FDA patvirtintoje centrinės nervų sistemos genų terapijoje AAV9.
Jis taip pat pasiekė didelę dalį svarbių smegenų ląstelių tipų, įskaitant neuronus ir astrocitus. Tada mokslininkai parodė, kad jų AAV gali perduoti GBA1 geno, kuris buvo susijęs su Gošė liga, Lewy kūno demencija ir Parkinsono liga, kopijas į didelę ląstelių dalį visose smegenyse.
Mokslininkai priduria, kad jų naujasis AAV galėtų būti geresnis pasirinkimas gydant neurologinio vystymosi sutrikimus, kuriuos sukelia vieno geno mutacijos, pvz., Retto sindromas arba SHANK3 trūkumas; lizosomų kaupimosi ligos, pvz., GBA1 trūkumas; ir neurodegeneracinės ligos, tokios kaip Huntingtono liga, prionų liga, Friedreicho ataksija ir vieno geno formos ALS ir Parkinsono liga.
„Nuo tada, kai atvykome į Broad, mes sutelkėme dėmesį į misiją – įgalinti centrinės nervų sistemos genų terapiją“, – sakė tyrimo vyresnysis autorius Devermanas. „Jei šis AAV padarys tai, ką mes manome, kad tai padarys žmonėms, remiantis mūsų pelių tyrimais, jis bus daug veiksmingesnis nei dabartinės galimybės.
„Šie AAV gali pakeisti daugelio pacientų gyvenimus“, – sakė vienas pirmasis šio dokumento autorius Kenas Chanas, grupės vadovas iš Devermano grupės, beveik 10 metų dirbęs sprendžiant genų tiekimo į centrinę nervų sistemą problemą. dešimtmetis.
Pirmiausia mechanizmas
Daugelį metų mokslininkai kūrė AAV tam tikroms reikmėms, paruošdami didžiules AAV bibliotekas ir išbandydami jas su gyvūnais, kad nustatytų geriausius kandidatus. Tačiau net kai šis metodas pasiteisina, kandidatai dažnai neveikia su kitomis rūšimis, o metodas nesuteikia informacijos apie tai, kaip AAV pasiekia savo tikslus. Dėl to gali būti sunku perkelti genų terapiją naudojant šiuos AAV iš gyvūnų į žmones.
Siekdama rasti pristatymo transporto priemonę, turinčią didesnę galimybę pasiekti žmonių smegenis, Devermano komanda perėjo prie kitokio požiūrio. Jie naudojo praėjusiais metais paskelbtą metodą, kuris apima AAV bibliotekos patikrinimą mėgintuvėlyje, kad būtų galima rasti tokių, kurie jungiasi su konkrečiu žmogaus baltymu. Tada jie išbando perspektyviausius kandidatus ląstelėse ir pelėse, kurios buvo modifikuotos, kad išreikštų baltymą.
Kaip savo tikslą tyrėjai pasirinko žmogaus transferino receptorių, kuris ilgą laiką buvo antikūnais pagrįstos terapijos, kuria siekiama pasiekti smegenis, taikinys. Kai kurie iš šių gydymo būdų parodė, kad jie pasiekia žmonių smegenis.
Grupės atrankos technika nustatė AAV, vadinamą BI-hTFR1, kuris jungiasi su žmogaus transferino receptoriumi, patenka į žmogaus smegenų ląsteles ir apeina kraujo ir smegenų barjero žmogaus ląstelių modelį.
„Mes daug išmokome iš in vivo ekranų, bet buvo sunku rasti AAV, kurie taip gerai veiktų įvairiose rūšyse”, – pridūrė Qin Huang, pirmasis tyrimo autorius ir Devermano laboratorijos vyresnysis mokslo darbuotojas, padėjęs sukurti atrankos metodas, siekiant rasti AAV, jungiančius specifinius baltymų taikinius. „Surasti tokį, kuris veiktų naudojant žmogaus receptorių, yra didelis žingsnis į priekį.”
Už patiekalo ribų
Norėdami išbandyti AAV su gyvūnais, mokslininkai naudojo peles, kuriose pelės genas, koduojantis transferino receptorių, buvo pakeistas žmogaus ekvivalentu. Komanda suleido AAV į suaugusių pelių kraują ir nustatė žymiai didesnį AAV kiekį smegenyse ir nugaros smegenyse, palyginti su pelėmis, neturinčiomis žmogaus transferino receptoriaus geno, o tai rodo, kad receptorius aktyviai pernešė AAV per kraujo ir smegenų barjerą. .
AAV taip pat parodė 40–50 kartų didesnį kaupimąsi smegenų audinyje nei AAV9, kuris yra FDA patvirtinto kūdikių stuburo raumenų atrofijos gydymo dalis, tačiau yra gana neefektyvus krovinių pristatymui į suaugusiųjų smegenis. Naujieji AAV pasiekė iki 71% neuronų ir 92% astrocitų skirtinguose smegenų regionuose.
Tyrimo mokslininko Jasono Wu vadovaujamame darbe Devermano komanda taip pat naudojo AAV, kad pateiktų sveikas žmogaus GBA1 geno, kuris yra mutavęs keliomis neurologinėmis sąlygomis, kopijas. Naujieji AAV pristatė 30 kartų daugiau GBA1 geno kopijų nei AAV9 pelėms ir buvo pristatyti į visas smegenis.
Komanda teigė, kad naujieji AAV yra idealūs genų terapijai, nes jie nukreipti į žmogaus baltymą ir turi panašius gamybos ir gryninimo rezultatus kaip AAV9, naudojant keičiamus gamybos metodus. Devermano bendrai įkurta biotechnologijų įmonė „Apertura Gene Therapy“ jau kuria naujus gydymo būdus, naudodama AAV, nukreiptus į centrinę nervų sistemą.
Tobulėjant, mokslininkai mano, kad įmanoma pagerinti jų AAV genų pristatymo į centrinę nervų sistemą efektyvumą, sumažinti jų kaupimąsi kepenyse ir išvengti kai kurių pacientų antikūnų inaktyvavimo.
Sonia Vallabh ir Ericas Minikelis, du mokslininkai iš Broad, kuriantys prionų ligos gydymo būdus, džiaugiasi AAV galimybe teikti smegenų terapiją žmonėms.
„Kai galvojame apie genų terapiją, skirtą viso smegenų ligai, pavyzdžiui, prionų ligai, norint ką nors pasiekti, reikia tikrai sisteminio pristatymo ir plataus biologinio pasiskirstymo“, – sakė Minikel. „Natūraliai atsirandantys AAV tiesiog niekur nenuves. Šis sukonstruotas kapsidas atveria galimybių pasaulį.”