Harapan baru terapi gen: Virus mensasarkan sel-sel otak yang menyelamatkan nyawa bayi

Apa-apa yang luar biasa melompat keluar semasa bertemu Evelyn, yang bubbly hampir 3-tahun dengan kerinting merah — kecuali bahawa dia tidak harus di sini, berbual dengan pelawat di bilik hidup keluarganya, memutar di Dry beliau ke lagu Pharrell Williams "Happy."

Evelyn di kakak Josephine mempunyai atrofi otot tulang belakang jenis 1 (SMA1), penyakit genetik yang secara beransur-ansur paralyzes bayi. Beliau meninggal dunia 15 bulan. Evelyn adalah kehamilan yang tidak dijangka, tetapi ibu bapanya mengambil keputusan untuk mempunyai bayi walaupun satu dalam empat kemungkinan tragedi kedua.

Tidak lama selepas Evelyn dilahirkan pada Disember 2014, mereka telah hancur belajar dari ujian genetik bahawa beliau juga mempunyai SMA1. "Kita tahu apa yang telah kami berurusan dengan: kita akan suka dia bagi selagi kita boleh," kata bapanya, Milan Villarreal. Tetapi malam yang sama, panik mencari di internet, mereka belajar tentang percubaan klinikal di Ohio dan menghantar email. 8 minggu, Evelyn menerima rawatan terapi gen yang memberi badannya protein penting hilang.

Dan sekarang dia ada, tidak begitu berbeza daripada mana-mana anak kecil yang sihat. Walaupun beliau mempunyai paha yang lemah dan tidak boleh jalankan biasanya atau melompat, beliau boleh berjalan kaki dengan cepat, menari, mengesan Surat-surat, melambungkan blok buih, membawa kerusi kecil dan mendaki ke pusingan Elena ibu beliau. Selepas patah hati kehilangan bayi pertama mereka, Villarreals yang telah ditonton dalam kehairanan kerana Evelyn telah merangkak, berjalan, dan bercakap. "Ia adalah hanya satu keajaiban. Setiap pencapaian adalah seperti suatu perayaan. Kami dibuka dengan sebotol wain bagi setiap perkara kecil yang dia telah kerjakan,"kata Milan.

MIKE SHANAHAN

Keputusan perbicaraan Evelyn menyertai telah terpesona gen terapi penyelidik, juga menandakan salah satu medan bermasalah sekali Tempahan dramatik kejayaan lagi. Semua bayi 15 yang dirawat untuk SMA1, dijangka mati oleh umur 2, yang masih hidup pada 20 bulan atau lebih tua, dan kebanyakan boleh duduk, menurut laporan minggu ini dalam The New England Journal of Medicine (NEJM). Seperti Evelyn, seorang budak sedang berjalan. Walaupun dadah baru diluluskan bagi SMA1 telah mencapai kesan yang serupa, ia perlu disuntik ke dalam tulang belakang setiap 4 bulan. Terapi gen dimaksudkan sebagai rawatan sekali, dan ia hanya diselitkan ke dalam urat. "Saya tidak pernah melihat kesan [daripada terapi gen] yang baik dalam penyakit maut," kata neurologis Jerry Mendell Hospital kanak-kanak di seluruh negara di Columbus, yang mengetuai perbicaraan semalam.

Berita menambahkan kekayaan meningkat terapi gen. Rawatan untuk bentuk genetik lantas disahkan bulan lepas oleh panel penasihat US Food dan Drug Administration (FDA), adalah di landasan yang betul untuk menjadi terapi gen pertama di Amerika Syarikat yang diluluskan untuk penyakit yang diwarisi. Bulan lepas, pasukan yang dilaporkan dalam NEJM bahawa memberi kanak-kanak lelaki pemindahan sel-sel stem yang diubahsuai secara genetik mereka sendiri dapat menghentikan penyakit otak yang dahsyat. Terapi gen di pasaran di Eropah sembuh kanak-kanak dengan gangguan imun mengancam nyawa, dan yang lain dalam pembangunan yang membantu hemophiliacs pergi kaunseling pesakit darah ubat-ubatan.

Tetapi SMA1 kajian pecah tanah kerana ia menunjukkan kuasa vektor baru, satu virus yang membawa gen terapi itu, diselitkan ke dalam urat, boleh membawa kargo untuk sistem saraf pusat, di dalam apa yang dipanggil halangan darah otak. Dahulu, usaha untuk merawat penyakit saraf dengan terapi gen sering mempunyai keputusan yang kurang memberangsangkan, dan menyampaikan vektor yang kadang-kadang diperlukan penggerudian lubang pada tengkorak pesakit. Sekarang, para saintis telah berjaya untuk dipertikaikan yang menyampaikan gen terapi ke dalam sistem saraf pusat. Keputusan juga mengurangkan kebimbangan bahawa banjir aliran darah dengan virus boleh membawa kepada satu lagi tragedi seperti kematian seorang remaja dalam terapi gen percubaan 18 tahun yang lalu, yang melemparkan medan menjadi gempar.

Rawatan baru jelas Keselamatan dan kejayaan adalah emboldening penyelidik lain untuk menggunakan terapi gen yang dihantar ke dalam pembuluh darah atau tulang belakang untuk merawat penyakit-penyakit saraf dan otot yang jarang berlaku pada kanak-kanak dan dewasa walaupun biasa gangguan seperti penyakit Parkinson. "Ia membuka satu konsep yang baru dengan bidang yang telah begitu berhati-hati," kata Federico Mingozzi, yang Tempahan meninggalkan Généthon bukan untung Perancis menjadi Ketua Pegawai saintifik Syarikat terapi gen percikan pengamiran di Philadelphia, Pennsylvania.

"Orang akan menoleh ke belakang dan melihat ini sebagai satu mercu tanda baru jenis ubat-ubatan yang akan mempunyai implikasi yang meluas untuk Lot-lot dan banyak penyakit," Tambah penyelidik terapi gen Steven Gray dari University of North Carolina (UNC) di Chapel Hill.

Pada mulanya, apabila haiwan itu pesakit, penyakit-penyakit saraf dengan terapi gen seolah-olah mudah. Pada 1990-an, para penyelidik disuntik dipinjamkan kepada tikus baru lahir Kejuruteraan untuk mempunyai gangguan metabolik tertentu dengan vektor virus yang membawa gen yang hilang. Hasilnya adalah "mengejutkan, ia adalah begitu baik," kembali tanda Pasir daripada Washington University School of Medicine di St. Louis di Missouri. Tetapi otak tetikus adalah kecil, tambahnya. "Cabaran yang dihadapi adalah bagaimana anda skala dari otak tetikus yang seberat setengah gram ke otak seorang kanak-kanak itu berat 1000 gram. Itulah perbezaan yang 2000-fold dalam skala. Bagaimanakah anda boleh membuat kerja-kerja itu?"

Ternyata para penyelidik tidak dapat. Pada tahun 1996, pasukan yang disuntik lemak zarah yang mengandungi gen yang penyembuhan ke tengkorak dua kanak-kanak yang mempunyai gangguan otak yang dikenali sebagai penyakit Canavan. Kajian ini adalah kontroversi, dan ia tidak membantu pesakit. Beberapa penyelidik yang sama kemudian merawat pesakit Canavan lebih 13 oleh membosankan enam lubang ke tengkorak-tengkorak mereka dan menyuntik vektor fesyen daripada virus yang nampaknya tidak merbahaya dikenali sebagai virus adeno-syarikat bersekutu (AAV); percubaan AAV serupa berlangsung bagi gangguan genetik otak teruk zaman kanak-kanak lain, penyakit Batten.

Rawatan tidak pula banyak penyakit perlahan, Walau bagaimanapun. Penyelidik dalam satu perbicaraan dengan Taiwan kanak-kanak yang kehilangan upaya dari kekurangan dua bahan kimia otak pula melaporkan faedah yang ketara. Tetapi keputusan untuk penyakit-penyakit lain telah samar. Monyet kajian telah mencadangkan bahawa vektor AAV pula tidak meresap jauh dari tapak suntikan, jadi tidak cukup sel-sel otak mungkin menerima gen baru. "Mereka adalah usaha-usaha Epik dalam banyak cara, tetapi teknologi ini tidak sesuai," kata kelabu.

Pendekatan yang sama sekali berbeza menghasilkan kejayaan hanya pepejal dalam penyakit saraf. Penyelidik mengambil darah sel stem dari pesakit, digunakan kali HIV untuk menjahit dalam gen baru, dan diselitkan sel-sel yang kembali ke dalam pesakit. Sebahagian daripada sel-sel yang kemudian berhijrah ke otak dan membentuk sel-sel menyokong sel-sel otak yang dipanggil glia yang menghasilkan protein diperlukan. Dalam 15 lelaki, menurut satu kajian yang disiarkan bulan NEJM, ini "ex vivo" terapi gen berhenti menghidapi penyakit yang dipanggil adrenoleukodystrophy (ALD), memusnahkan keris myelin sekitar neuron. Penyelidik terapi gen Italitelah melaporkan keputusan yang setandinguntuk rawatan yang sama diberikan kepada pesakit dengan leukodystrophy metachromatic penyakit otak.

Tetapi bekas vivo terapi gen berfungsi baik untuk penyakit otak yang disebabkan oleh kekurangan protin yang dirembeskan: sel-sel yang tertinggi boleh menggantikannya dengan berfokuskan molekul untuk sel-sel saraf yang lain untuk mengambil. Banyak penyakit, hilang protein yang beroperasi di dalam sel-sel, dan supaya semua sel-sel yang memerlukannya perlu menerima vektor ini.

(SUMBER)CLINICALTRIALS.GOV

Kisah vektor virus yang seolah-olah menjawab keperluan ini bermula dengan kematian. Pada awal 2000an pemimpin medan, genetik James Wilson dari University of Pennsylvania (UPenn), terpaksa mengarahkan kajian beliau. Wilson telah mengetuai perbicaraan tahun 1999 di mana 18 tahun Jesse Gelsinger mati akibat tindak balas imun yang besar-besaran untuk vektor adenovirus mujarab yang telah diterimanya untuk merawat penyakit hati beliau. Wilson, yang mempunyai kepentingan kewangan dalam perbicaraan, berhadapan saman oleh keluarga dan penyiasatan FDA, dan dia akhirnya bersetuju untuk 5 tahun pengharaman ke atas percubaan-percubaan klinikal yang terkemuka. Jadi dia berpaling untuk mencari jenis AAVs, yang telah selamat daripada adenoviruses dan telah menjadi vektor popular yang baru.

Pada tahun 2004, Guangping Gao dan lain-lain dalam makmal Wilson melaporkan bahawa mereka telah combed melalui tisu-tisu manusia dan primat dan mendapati lebih daripada 100 AAVs yang baru dengan "tropism", atau keutamaan, untuk menjangkiti jenis sel-sel yang khusus. Satu jenis, AAV9, adalah "tidak seperti mana-mana AAV lain. Apabila anda disuntik ke dalam darah pada dos tinggi, ia pergi di mana-mana "— jantung, otot, tisu otak — Wilson mengimbas kembali. Kebanyakan Hadiah sekali ialah kemampuannya untuk rumah dalam neuron yang merupakan kunci untuk merawat banyak penyakit tulang belakang dan otak.

Penyelidik lain hancur untuk mengesahkan cinta yang AAV9 sistem saraf. Pada tahun 2009, satu pasukan Perancis dan makmal Brian Kaspar di seluruh negara diterbitkan kertas-kertas yang berasingan yang galvanized medan: diberikan intravenously kepada tikus baru lahir, AAV9 melintasi halangan darah otak – — rangkaian ketat sel-sel yang melindungi sistem saraf pusat daripada patogen dan toksin — dan dijangkiti neuron saraf tunjang dan otak.

Apabila pasukan di seluruh negara sudah bersedia untuk mencuba AAV9 orang, ia memilih untuk sasaran SMA1, genetik punca paling biasa kematian pada bayi. Bayi dengan kekurangan gen SMN1 berfungsi, yang kod untuk protein dipanggil survival motor sel-sel otak (SMN) yang mengekalkan tulang belakang neuron sepanjang hidup. Kebanyakan orang mempunyai berbilang salinan sandaran gen, SMN2, yang boleh mengeluarkan sejumlah kecil SMN, menghadkan keterukan penyakit ini. Tetapi orang-orang dengan SMA1 mempunyai hanya dua gen sandaran, dan terlalu sedikit protein yang penting.

Bayi yang dilahirkan dengan SMA1 akan liut dan tidak boleh menghisap dengan baik atau mengangkat kepala mereka; kerana tulang belakang motor neuron yang hilang, melemahkan otot-otot mereka, dan pada satu masa nanti mereka tidak lagi boleh bernafas sendiri dan mati. Pasukan yang diketuai oleh Kaspar berangkat untuk membangun rawatan oleh AAV9 Kejuruteraan untuk membawa gen SMN. Mereka merancang untuk menyuntik ia intravenously, selepas menunjukkan bahawa tikus baru lahir dengan SMA1 yang telah dirawat dengan cara ini mempunyai fungsi motor biasa dan jangka hayat.

Tetapi yang mungkin memerlukan jumlah vektor virus secara besar-besaran. Kerana sel-sel hati juga sasaran kegemaran AAVs, hati membuang AAV9 kebanyakan yang disuntik ke dalam darah; banyak daripada apa yang masih pergi ke tisu-tisu lain. Sebagai hasilnya, kelabu kurang daripada 1% daripada dos asal yang melintasi di halangan darah otak, dianggarkan semasa bertugas postdoc dengan UNC di Jude Samulski. Berdasarkan amaun yang diperlukan untuk merawat SMA1 tikus, pasukan di seluruh negara mencadangkan satu dos terapeutik vektor yang 100 kali lebih tinggi daripada telah pernah telah disuntik ke dalam darah pesakit dalam terapi gen percubaan.

Namun ujian dengan monyet dicadangkan dos yang akan selamat. FDA dan Jawatankuasa Penasihat Recombinant DNA, badan National Institutes of Health (NIH) yang Ulasan ujian terapi gen AS kebanyakan, meluluskan kajian, seluruh negara dan asas yang bersetuju untuk menanggung. (Sebuah syarikat baru yang ditubuhkan bersama oleh Kaspar dipanggil AveXis dibiayai peringkat seterusnya perbicaraan selepas Pelesenan terapi dari seluruh negara.)

Namun, ramai penyelidik terapi gen diadakan nafas mereka, takut lain seperti Gelsinger bencana. "Ia mempunyai sebilangan orang saraf. Ia adalah beban virus luar biasa yang diberikan kepada pesakit yang sangat muda,"kata Samulski.

Tidak lama selepas bayi pertama menerima ujian keseimbangan antara terapi AAV9, beliau enzim hati meningkat kepada kerosakan sel normal 31 times, berhubung kemungkinan. "Saya tidak Tidur Lena malam itu," kata Mendell. Tetapi steroid cepat dibawa peringkat, dan FDA menasihatkan beliau untuk meneruskan kehidupan, katanya. Tiga bayi lain dibangunkan bertingkat enzim hati, tetapi terdapat tiada tanda-tanda klinikal kerosakan hati dan percubaan yang berterusan.

Walaupun perbicaraan adalah khususnya direka untuk menguji Keselamatan terapi, ia cepat menjadi jelas bahawa gen diperkenalkan diperlahankan atrofi kaki bayi. Alih-alih menjadi floppier dan bergelut untuk bernafas, mereka mendapat lebih kukuh. Berbaring di atas perut dia, Evelyn sehari bermula untuk mengangkat kepalanya, Elena Villarreal mengimbas kembali. "Ia adalah seperti, thats it, yang mustahil dengan SMA1." Sekarang, hanya lapan bayi yang dirawat di 15 memerlukan bantuan daripada Topeng muka untuk bernafas. Dan 11 12 yang menerima lebih besar daripada dua dos AAV9 — salah seorang daripadanya adalah dianggap terlambat, 6 bulan-boleh duduk sekurang-kurangnya secara ringkas tanpa bantuan, Makan, dan bercakap. Matteo, seorang budak lelaki di Miami, Florida, yang mendapat terapi hanya 27 hari selepas kelahiran, boleh menjalankan dan Adakah memukul pencapaian perkembangan yang normal, berkata bapanya, Derwin Almeida.

Keputusan perbicaraan yang "luar biasa," kata Charlotte Sumner, seorang penyelidik SMA di Universiti Johns Hopkins di Baltimore, Maryland. Sejenis ubat yang dipanggil nusinersen, yang terdiri daripada satu strand RNA yang membantu gen SMN2 menghasilkan lebih banyak protein, telahsama-sama mengesankan kesanbayi SMA1 dalam suatu kajian yang berterusan, dan ia telah diluluskan oleh FDA pada Disember. Tapi terapi gen adalah menarik kerana "satu-dan-selesai manfaat," Nota-Nota Sumner.

Berapa lama rawatan akan bekerja tidak diketahui. Tidak seperti HIV dan virus-virus lain yang digunakan untuk ex terapi gen vivo, AAVs tidak mengintegrasikan gen terapi ke dalam genom 's your; mereka mendepositkan ia sebagai satu bulatan terapung DNA, yang bermaksud bahawa kesan boleh hilang kerana sel-sel menyalin diri mereka sendiri. Namun neuron tidak membahagikan, jadi tisu dirawat hendaklah sentiasa menghasilkan SMN protein selama bertahun-tahun, berkata, Kevin Flanigan, Pengarah Pusat terapi gen di seluruh negara.

Jika faedah-faedah terapi gen akhirnya lenyap, pesakit SMA1 perlulah retreatment dan mereka kini mempunyai antibodi AAV9 yang mungkin menghalang ia. Tetapi penyelidik di seluruh negara akan mengusahakan pertahanan diri, seperti penapisan antibodi dari darah atau pemberian ubat-ubatan immunosuppressing yang tertentu, Mendell berkata.

Bimbang jauh yang lain adalah kanser. Kajian oleh pasir dan lain-lain telah menemui bahawa apabila diberikan oleh IV dalam dos yang besar kepada tikus baru lahir, AAVs beberapa boleh mengintegrasikan DNA mereka ke dalam genom dan menyebabkan kanser hati. Nota Pasir saintis tidak lagi mengetahui sama ada keputusan tersebut adalah relevan kepada manusia. Sesetengah ahli terapi gen adalah reassured bahawa kanser hati tidak muncul dalam beratus-ratus pesakit terdedah kepada AAVs di lepas ujian terapi gen.

AveXis telah melancarkan satu kajian SMA1 kedua, dan ia juga merancang untuk merawat downi bentuk keadaan. Jika ujian itu menanggung keluar janji terapi, menghasilkan cukup dos untuk bertemu pesakit memerlukan akan menjadi satu cabaran. Namun jurucakap AveXis untuk berkata kilang baru berhampiran Chicago, Illinois, harus mempunyai keupayaan untuk menghasilkan dos untuk kelahiran SMA1 500 ini setiap tahun di Amerika Syarikat dan Eropah. Syarikat telah tidak lagi meletakkan tag harga rawatan, tetapi ia mungkin akan menjadi mahal — terapi gen pada perintah pasaran naik daripada $700,000 satu rawatan.

PUSAT TULANG BELAKANG DAN OTAK PERUBATAN WEILL CORNELL

Sekarang bahawa dos tinggi, sistemik dihantar terapi gen AAV nampak seperti Peti Deposit Keselamatan, pasukan di seluruh negara dan di tempat lain melancarkan ujian untuk lain-lain penyakit saraf yang akan bercita-cita untuk menyampaikan gen baru oleh IV kepada sel-sel otot dan bukannya neuron.

Saintis juga menerokai soalan seterusnya untuk AAV9: ia boleh melangkaui membantu tulang belakang neuron dan sampai jauh ke dalam otak pada tahap yang cukup tinggi untuk menghentikan penyakit tiada? Hasil-hasil pertama boleh datang daripada percubaan yang berterusan, ditaja oleh Syarikat Abeona pengamiran dan diuruskan oleh seluruh negara, yang menggunakan penghantaran IV terapi gen AAV9 untuk Sanfilippo jenis A Sindrom. Kanak-kanak dengan penyakit kekurangan enzim yang diperlukan untuk memecahkan heparan sulfat, molekul yang membina di dalam otak dan menyebabkan kerosakan itu adalah jelas pada usia 2 hingga 6. Satu tahun selepas tiga kanak-kanak dihiburkan, tahap heparan sulfat dalam cecair saraf tunjang mereka telah menurun secara mendadak, alat mereka diperbesarkan, telah menurun dan markah mereka dalam ujian kognitif yang bukan lisan nampaknya telah stabil, Flanigan telah dilaporkan di Mesyuarat.

Ujian lain bergantung pada AAV9 di sel-sel otak-panduan hartanah tetapi mentadbir terus ke sistem saraf pusat pesakit melalui suntikan ke dalam (bendalir dalam tulang belakanglihat Jadual). Ini memerlukan sedikit virus daripada penghantaran IV, jadi pembuatan tidak seperti banyak halangan untuk; Ia juga boleh berfungsi lebih baik untuk pesakit-pesakit yang lebih tua, yang halangan darah otak lebih membangun berbanding bayi. Dan tulang belakang penghantaran perlu mengurangkan apa-apa tindak balas imun.

Ujian pertama strategi ini, perbicaraan pada NIH telah diberi lapan pesakit dengan penyakit yang dikenali sebagai neuropati axonal gergasi vektor AAV9 yang mengandungi gen penggantian yang untuk orang yang bersalah, yang memusnahkan axons — sel-sel saraf menghantar impuls tendrils — dan mempengaruhi otak. Kelabu, pengajian yang haiwan di makmal Samulski ini meletakkan asas bagi perbicaraan itu, berkata ia adalah terlalu awal untuk keputusan laporan. Tetapi Lori Sames daripada Rexford, New York, Fund harapan Hannah amal yang disokong Gray's penyelidikan, berkata bahawa kerusi roda terikat, berusia 13 tahun anaknya Hannah, dirawat pada Julai 2016, telah melihat beberapa penambahbaikan: kehilangan visi beliau telah stabil, dan dia boleh memberi makan dirinya sendiri dan berdiri dengan sokongan. "Kami benar-benar gembira dengan apa yang kita sedang melihat," kata Sames.

Bagi pesakit dengan SMA1 dan lain-lain penyakit progresif, rawatan awal adalah penting. "Apabila neuron telah hilang, mereka sudah hilang," kata Pediatrik neurologis Jonathan Mink Pusat Perubatan Universiti Rochester di New York. Sekarang, adik-beradik anak-anak yang sudah menghidap oleh penyakit-penyakit genetik ini adalah paling berkemungkinan untuk dikenalpasti cukup awal untuk tujuan pencegahan. Tetapi Kumpulan pesakit akan mendesak bahawa penyakit seperti ALD dan SMA ditambah kepada ujian saringan yang baru lahir, yang boleh memperluaskan jangkauan terapi ini.

Sesetengah penyelidik masih ragu-ragu bahawa cara-cara baru, kurang invasif untuk menyampaikan AAV9 akan sampai ke sel-sel otak yang cukup. "Saya mempunyai keraguan saya bahawa ia akan menjadi secara meluas berkaitan dengan gangguan lain," terutama dalam kanak-kanak lebih tua, kata Ronald Crystal Weill Cornell perubatan di New York City, yang telah menggunakan tengkorak penghantaran untuk merawat penyakit Batten.

Ahli terapi gen lain akan pinning harapan mereka mencari baru AAV vektor yang lebih baik pada lintasan itu halangan darah otak. Kumpulan di California Institute of Technology di Pasadena telah mengenal pasti beberapa, termasuk untuk varian AAV yang melintasi halangan 40 kali lebih berkesan daripda AAV9 tikus. Pengamiran voyager di Cambridge, Massachusetts, berkata vektor ini muncul untuk bekerja di monyet, juga, walaupun data tersebut kekal tidak diterbitkan.

Seperti teruja kerana ahli terapi gen dengan kajian SMA1 yang memberi ibu bapa Evelyn di gadis kecil mereka menari, mereka akan menonton cemas untuk melihat sama ada strategi yang sama boleh menyimpan lebih banyak kanak-kanak dengan penyakit genetik yang teruk. Jika tidak, tempat terapi gen dalam perubatan di arsenal akan yakin. Wilson berkata: "ini bukan peningkatan yang sederhana. Ini adalah perubahan transformasi. Itulah yang apa kita telah sentiasa berharap terapi gen akan."

Berita dari Sains, olehJocelyn Kaiser1 Nov. 2017, 5:00 PM

http://www.sciencemag.org/News/2017/11/Gene-Therapy-s-New-Hope-neuron-targeting-virus-saving-Infant-Lives