Meningkatkan Infektivitinya Mengubah Virus Benign Menjadi Pembawa Terapi Gen yang Baik Untuk Cystic Fibrosis

2023 Pengarang: Bailey Leapman | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-09-16 19:18

Penyelidik dari University of California, Berkeley dan University of Iowa telah menukar virus yang agak jinak kepada bentuk yang sangat berjangkit yang sesuai sebagai pembawa untuk terapi gen. Dalam ujian terapi gen pertamanya, ia menyembuhkan sepenuhnya tisu paru-paru fibrosis kistik manusia dalam kultur.

Kejayaan dengan virus berkaitan adeno jinak (AAV), yang diterbitkan minggu ini dalam edisi awal dalam talian jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences, mengatasi masalah utama terapi gen berasaskan virus yang lebih awal untuk sista fibrosis, dan menetapkan peringkat untuk ujian dalam model haiwan lanjutan penyakit ini.

"Saya rasa berbaloi memikirkan terapi klinikal pada tahap jangkitan yang sedang kita capai," kata pengarang bersama David Schaffer, profesor kejuruteraan kimia di UC Berkeley.

Model babi fibrosis kistik baharu yang dibangunkan tahun lepas oleh rakan sekerja Schaffer, ahli pulmonologi Joseph Zabner dari Hospital dan Klinik Universiti Iowa di Iowa City, akan menyediakan ujian utama virus itu sebagai pembawa gen untuk menggantikan gen bermutasi yang bertanggungjawab untuk penyakit ini.

"Jika kita dapat menunjukkan bahawa pemindahan gen yang cekap boleh menghasilkan terapi gen, jika kita boleh menyembuhkan penyakit paru-paru babi yang telah direka bentuk secara genetik untuk menghidap penyakit paru-paru cystic fibrosis, kita sepatutnya mempunyai peluang yang nyata untuk menyembuhkan fibrosis kistik pada manusia, " kata Zabner dalam e-mel.

Makmal Schaffer sedang bekerjasama dengan kumpulan di tempat lain untuk menyesuaikan virus kepada terapi gen untuk penyakit lain, termasuk penyakit Alzheimer dan sklerosis lateral amyotrophic (penyakit Lou Gehrig).

"Kedua-duanya adalah situasi di mana penambahbaikan dalam sifat kenderaan boleh memberi impak yang ketara kepada kejayaan terapi," kata Schaffer.

Cystic fibrosis (CF) ialah penyakit keturunan biasa yang menjejaskan membran mukus badan, khususnya paru-paru, mengakibatkan kesukaran bernafas dan biasanya kematian sebelum umur 40 tahun akibat kegagalan paru-paru atau organ. Satu daripada 4,000 kanak-kanak di Amerika Syarikat dilahirkan dengan CF.

Schaffer dan rakan UC Berkeleynya bekerjasama dengan makmal Zabner untuk menguji teknik yang dibangunkan oleh Schaffer untuk memaksa evolusi virus dengan cara yang menjadikannya lebih berkesan dalam terapi gen.

Dua tahun lalu, Schaffer dan rakan sekerja menggunakan teknik ini untuk mencipta varian AAV yang lebih mudah mengelakkan sistem imun, membolehkan virus kekal dalam badan cukup lama untuk menghantar gen kepada sasaran yang dimaksudkan.

Menggunakan teknik yang sama, pasukan itu menghasilkan varian AAV yang beberapa ratus kali lebih berkesan untuk memasuki sel paru-paru daripada virus semula jadi.

Teknik Schaffer melibatkan membuat banyak mutasi dalam AAV, membiak varian ini dengan sel, dan kemudian mengambil varian yang mempunyai sifat yang dipertingkatkan khusus – dalam kes ini, keupayaan untuk menjangkiti sel paru-paru – dan mengulangi proses tersebut.

"Kami mungkin menjalankan kira-kira enam pusingan evolusi di mana kami menjangkiti kultur epitelium paru-paru di Iowa, mereka menghantarnya kembali kepada kami, kami memulihkan urutan virus, membuat virus baharu dan menghantarnya semula," kata Schaffer. "Ia adalah pusingan berulang jangkitan dan pemilihan untuk jangkitan yang lebih baik yang akhirnya membawa kepada peningkatan fungsi ini."

Masalah utama dalam CF ialah mutasi pada gen CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) yang mengakibatkan saluran ion klorida yang rosak dalam sel badan. Ini, seterusnya, mewujudkan ketidakseimbangan ion klorida dalam sel, yang mengganggu pengangkutan air masuk dan keluar dari sel. Di dalam paru-paru, ini menyebabkan lendir yang melapisi permukaan paru-paru menjadi tebal dan melekit. Pernafasan menjadi sukar jika lendir tidak dilonggarkan, selalunya dengan debaran kuat di dada, dan batuk keluar. Jangkitan pernafasan adalah perkara biasa, dan kegagalan paru-paru sering berlaku. Kecacatan saluran ion juga menjejaskan pencernaan, yang membawa kepada kekurangan nutrisi.

Menurut Schaffer, percubaan sebelum ini untuk menghantar gen CFTR normal ke sel paru-paru melalui virus gagal sama ada kerana sistem imun mengemop virus sebelum ia mempunyai peluang untuk menghantar kargonya, seperti yang berlaku dengan adenovirus; atau kerana virus itu tidak cekap menghantar gen ke sel, kes virus berkaitan adeno. Kebanyakan virus pernafasan cenderung mempunyai kadar jangkitan yang rendah, nampaknya kerana ia akan menghapuskan perumahnya dengan cepat, kata Schaffer.

Teknik Schaffer memaksa AAV yang biasanya jinak, yang telah menjangkiti lebih 90 peratus orang tanpa sebarang kesan sampingan yang berbahaya, melalui pusingan evolusi terarah untuk meningkatkan infektivitinya beberapa ratus kali ganda.

"Kami mencipta cara untuk mengembangkan virus yang dibebaskan daripada kekangan semula jadi evolusi dan mempunyai kebebasan atau keupayaan untuk berkembang ke arah sifat yang lebih berguna untuk aplikasi perubatan," katanya. "Dalam tisu paru-paru manusia, ia menyelamatkan sepenuhnya sifat pengangkutan ion klorida sel selepas menyampaikan salinan gen CFTR yang betul untuk menggantikan salinan gen bermutasi yang terdapat pada pesakit fibrosis sista."

Dalam kes ini, strain AAV yang berjangkit membangunkan dua perubahan besar: Terima kasih kepada mutasi pada permukaan virus, ia dapat mengikat kepada reseptor yang berbeza atau mengikat kepada reseptor yang lebih banyak pada permukaan sel; dan ia juga memperoleh mutasi yang memberikan virus keupayaan yang dipertingkatkan untuk melepasi membran permukaan sel, melepasi dwilapisan lipid dan mencapai bahagian dalam sel.

"Perubahan sahaja tidak mencukupi; ia mestilah gabungan kedua-duanya yang menghasilkan sifat yang lebih baik, " kata Schaffer. "Jika kami memutuskan untuk menggunakan reka bentuk yang rasional, kami tidak akan mengetahui perkara ini. Jadi, kami menyerahkan kepada evolusi untuk menemui jawapannya."

Penulis bersama Schaffer dan Zabner ialah James T. Koerber, pelajar siswazah dengan jabatan kejuruteraan kimia dan biokejuruteraan UC Berkeley dan dengan Institut Neurosains Helen Wills; saintis penyelidikan Katherine J. D. A. Excoffon dan David D. Dickey dari University of Iowa; Matthew Murtha dan Brian K. Kaspar dari Institut Penyelidikan di Hospital Kanak-Kanak Nationwide di Columbus, Ohio; dan Saf Keshavjee dari Hospital Besar Toronto dan Universiti Toronto.

Penyelidikan ini dibiayai oleh Institut Kesihatan Nasional dan Yayasan Cystic Fibrosis.