Un nuevo vehículo de administración de genes se muestra prometedor para la terapia genética del cerebro humano

En un paso importante hacia terapias genéticas más efectivas para enfermedades cerebrales, investigadores del Instituto Broad del MIT y Harvard han diseñado un vehículo de administración de genes que utiliza una proteína humana para cruzar de manera eficiente la barrera hematoencefálica y administrar un gen relevante para la enfermedad. el cerebro en ratones que expresan la proteína humana. Debido a que el vehículo se une a una proteína bien estudiada en la barrera hematoencefálica, los científicos dicen que tiene buenas posibilidades de funcionar en pacientes.

La terapia genética podría potencialmente tratar una variedad de trastornos cerebrales genéticos graves, que actualmente no tienen cura y tienen pocas opciones de tratamiento. Pero las formas aprobadas por la FDA del vehículo más comúnmente utilizado para empaquetar y administrar estas terapias a las células diana, los virus adenoasociados (AAV), no pueden cruzar eficientemente la barrera hematoencefálica en niveles altos y administrar una carga terapéutica.

El enorme desafío de lograr que las terapias superen esta barrera (una membrana altamente selectiva que separa la sangre del cerebro) ha obstaculizado durante décadas el desarrollo de terapias genéticas más seguras y efectivas para las enfermedades cerebrales.

Ahora, los investigadores del laboratorio de Ben Deverman, científico del instituto y director senior de ingeniería de vectores en Broad, han diseñado el primer AAV publicado que apunta a una proteína humana para llegar al cerebro en ratones humanizados. El AAV se une al receptor de transferrina humana, que se expresa altamente en la barrera hematoencefálica de los humanos.

en un estudio publicado en Cienciael equipo demostró que su AAV, cuando se inyectaba en el torrente sanguíneo en ratones que expresaban un receptor de transferrina humanizado, cruzaba al cerebro en niveles mucho más altos que el AAV que se utiliza en una terapia genética aprobada por la FDA para el sistema nervioso central, el AAV9.

También llegó a una gran fracción de tipos importantes de células cerebrales, incluidas las neuronas y los astrocitos. Luego, los investigadores demostraron que su AAV podía entregar copias del gen GBA1, que se ha relacionado con la enfermedad de Gaucher, la demencia con cuerpos de Lewy y la enfermedad de Parkinson, a una gran fracción de células en todo el cerebro.

Los científicos añaden que su nuevo AAV podría ser una mejor opción para tratar trastornos del neurodesarrollo causados ​​por mutaciones en un solo gen como el síndrome de Rett o la deficiencia de SHANK3; enfermedades por almacenamiento lisosomal como la deficiencia de GBA1; y enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Huntington, la enfermedad priónica, la ataxia de Friedreich y formas monogénicas de ELA y enfermedad de Parkinson.

«Desde que llegamos a Broad nos hemos centrado en la misión de permitir terapias genéticas para el sistema nervioso central», dijo Deverman, autor principal del estudio. «Si este AAV hace lo que creemos que hará en humanos según nuestros estudios con ratones, será mucho más efectivo que las opciones actuales».

«Estos AAV tienen el potencial de cambiar la vida de muchos pacientes», afirmó Ken Chan, coprimer autor del artículo y líder del grupo de Deverman que ha estado trabajando para resolver la entrega de genes al sistema nervioso central durante casi un década.

Mecanismo primero

Durante años, los investigadores desarrollaron AAV para aplicaciones específicas preparando bibliotecas masivas de AAV y probándolas en animales para identificar los mejores candidatos. Pero incluso cuando este enfoque tiene éxito, los candidatos a menudo no funcionan en otras especies y el enfoque no proporciona información sobre cómo los AAV alcanzan sus objetivos. Esto puede dificultar la traducción de una terapia génica que utilice estos AAV de animales a humanos.

Para encontrar un vehículo de entrega con mayores posibilidades de llegar al cerebro de las personas, el equipo de Deverman adoptó un enfoque diferente. Ellos usaron un método publicaron el año pasado, que implica examinar una biblioteca de AAV en un tubo de ensayo en busca de aquellos que se unan a una proteína humana específica. Luego prueban los candidatos más prometedores en células y ratones que han sido modificados para expresar la proteína.

Como objetivo, los investigadores eligieron el receptor de transferrina humana, que durante mucho tiempo ha sido el objetivo de las terapias basadas en anticuerpos que pretenden llegar al cerebro. Varias de estas terapias han mostrado evidencia de llegar al cerebro en humanos.

La técnica de detección del equipo identificó un AAV llamado BI-hTFR1 que se une al receptor de transferrina humano, ingresa a las células cerebrales humanas y evita un modelo de célula humana de la barrera hematoencefálica.

«Hemos aprendido mucho de las pruebas in vivo, pero ha sido difícil encontrar AAV que funcionen tan bien en todas las especies», añadió Qin Huang, coautor del estudio y científico investigador principal en el laboratorio de Deverman que ayudó a desarrollar el método de detección para encontrar AAV que se unan a objetivos proteicos específicos. «Encontrar uno que funcione utilizando un receptor humano es un gran paso adelante».

Más allá del plato

Para probar los AAV en animales, los investigadores utilizaron ratones en los que el gen de ratón que codifica el receptor de transferrina fue reemplazado por su equivalente humano. El equipo inyectó los AAV en el torrente sanguíneo de ratones adultos y encontró niveles dramáticamente más altos de AAV en el cerebro y la médula espinal en comparación con los ratones sin el gen del receptor de transferrina humana, lo que indica que el receptor estaba transportando activamente los AAV a través de la barrera hematoencefálica. .

Los AAV también mostraron una acumulación entre 40 y 50 veces mayor en el tejido cerebral que el AAV9, que forma parte de una terapia aprobada por la FDA para la atrofia muscular espinal en bebés, pero que es relativamente ineficiente para entregar carga al cerebro adulto. Los nuevos AAV alcanzaron hasta el 71% de las neuronas y el 92% de los astrocitos en diferentes regiones del cerebro.

En un trabajo dirigido por el científico investigador Jason Wu, el equipo de Deverman también utilizó los AAV para administrar copias sanas del gen humano GBA1, que está mutado en varias afecciones neurológicas. Los nuevos AAV produjeron 30 veces más copias del gen GBA1 que AAV9 en ratones y se distribuyeron por todo el cerebro.

El equipo dijo que los nuevos AAV son ideales para la terapia génica porque se dirigen a una proteína humana y tienen rendimientos de producción y purificación similares a los del AAV9 utilizando métodos de fabricación escalables. Una empresa de biotecnología cofundada por Deverman, Terapia génica de aperturaya está desarrollando nuevas terapias utilizando AAV para apuntar al sistema nervioso central.

Con un mayor desarrollo, los científicos creen que es posible mejorar la eficiencia de la entrega de genes de sus AAV al sistema nervioso central, disminuir su acumulación en el hígado y evitar la inactivación por anticuerpos en algunos pacientes.

Sonia Vallabh y Eric Minikel, dos investigadores del Broad que están desarrollando tratamientos para la enfermedad priónica, están entusiasmados con el potencial de los AAV para administrar terapias cerebrales en humanos.

«Cuando pensamos en la terapia genética para una enfermedad de todo el cerebro como la enfermedad priónica, realmente se necesita una administración sistémica y una biodistribución amplia para lograr algo», dijo Minikel. «Los AAV de origen natural simplemente no te llevarán a ninguna parte. Esta cápside diseñada abre un mundo de posibilidades».