בצעד חשוב לקראת טיפולים גנטיים יעילים יותר למחלות מוח, חוקרים ממכון Broad Institute של MIT והרווארד הנדסו כלי להעברת גנים המשתמש בחלבון אנושי כדי לחצות ביעילות את מחסום הדם-מוח ולהעביר גן רלוונטי למחלה. המוח בעכברים המבטאים את החלבון האנושי. מכיוון שהרכב נקשר לחלבון שנחקר היטב במחסום הדם-מוח, המדענים אומרים שיש לו סיכוי טוב לעבוד בחולים.
ריפוי גנטי עשוי לטפל במגוון של הפרעות מוח גנטיות חמורות, שכרגע אין להן מרפא ואפשרויות טיפול מועטות. אבל טפסים מאושרים על ידי ה-FDA של כלי הרכב הנפוץ ביותר לאריזה ומתן טיפולים אלה לתאי מטרה, וירוסים הקשורים לאדנו (AAV), אינם מסוגלים לחצות ביעילות את מחסום הדם-מוח ברמות גבוהות ולספק מטען טיפולי. האתגר העצום של קבלת טיפולים מעבר למחסום זה -; קרום סלקטיבי ביותר המפריד בין הדם למוח -; מנע את הפיתוח של טיפולים גנים בטוחים ויעילים יותר למחלות מוח במשך עשרות שנים.
כעת חוקרים במעבדתו של בן דוורמן, מדען המכון ומנהל בכיר להנדסת וקטורים ב-Broad, הנדסו את ה-AAV הראשון שפורסם, שמכוון לחלבון אנושי להגיע למוח בעכברים מואנשים. ה-AAV נקשר לקולטן הטרנספרין האנושי, המתבטא מאוד במחסום הדם-מוח בבני אדם. במחקר חדש שפורסם ב מַדָע, הצוות הראה כי ה-AAV שלהם, כאשר הוזרק לזרם הדם בעכברים המבטאים קולטן טרנספרין הומני, חצה למוח ברמות גבוהות בהרבה מה-AAV המשמש בטיפול גנטי המאושר על ידי ה-FDA למערכת העצבים המרכזית, AAV9. זה גם הגיע לחלק גדול של סוגים חשובים של תאי מוח, כולל נוירונים ואסטרוציטים. החוקרים הראו אז שה-AV שלהם יכול לספק עותקים של ה- GBA1 הגן, אשר נקשר למחלת גושה, דמנציה בגוף לוי ומחלת פרקינסון, לשבריר גדול של תאים ברחבי המוח.
המדענים מוסיפים כי ה-AAV החדש שלהם יכול להיות אופציה טובה יותר לטיפול בהפרעות נוירו-התפתחותיות הנגרמות על ידי מוטציות בגן בודד כגון תסמונת רט או חסר SHANK3; מחלות אחסון ליזוזומליות כמו GBA1מחסור ב; ומחלות נוירודגנרטיביות כגון מחלת הנטינגטון, מחלת פריון, אטקסיה של פרידרייך וצורות בודדות של ALS ומחלת פרקינסון.
מאז שהגענו לרחבה התמקדנו במשימה לאפשר טיפולים גנטיים למערכת העצבים המרכזית. אם ה-AAV הזה יעשה מה שאנחנו חושבים שהוא יעשה בבני אדם על סמך מחקרי העכברים שלנו, זה יהיה הרבה יותר יעיל מהאפשרויות הנוכחיות."
בן דוורמן, מחבר בכיר על המחקר
"ל-AVs אלה יש פוטנציאל לשנות הרבה מחייהם של חולים", אמר קן צ'אן, מחבר ראשון במאמר ומנהיג קבוצה מהקבוצה של דברמן, שעבד על פתרון מסירת גנים למערכת העצבים המרכזית במשך כמעט תקופה עָשׂוֹר.
קודם כל מנגנון
במשך שנים, חוקרים פיתחו AAVs עבור יישומים ספציפיים על ידי הכנת ספריות AAV מסיביות ובדיקתם בבעלי חיים כדי לזהות מועמדים מובילים. אבל גם כאשר הגישה הזו מצליחה, המועמדים לרוב לא עובדים במינים אחרים, והגישה לא מספקת מידע על האופן שבו ה-AAVs מגיעים ליעדים שלהם. זה יכול להקשות על תרגום טיפול גנטי באמצעות AAVs אלה מבעלי חיים לבני אדם.
כדי למצוא רכב משלוחים עם סיכוי גדול יותר להגיע למוח אצל אנשים, הצוות של דברמן עבר לגישה אחרת. הם השתמשו בשיטה שפרסמו בשנה שעברה, הכוללת סקר ספריית AAVs במבחנה לאלו שנקשרים לחלבון אנושי ספציפי. אחר כך הם בודקים את המועמדים המבטיחים ביותר בתאים ובעכברים שעברו שינוי כדי לבטא את החלבון.
כמטרה שלהם, בחרו החוקרים בקולטן טרנספרין אנושי, שהיה זה מכבר היעד של טיפולים מבוססי נוגדנים שמטרתם להגיע למוח. כמה מהטיפולים הללו הראו עדויות להגעה למוח בבני אדם.
טכניקת ההקרנה של הצוות זיהתה AAV בשם BI-hTFR1 הקושר קולטן טרנספרין אנושי, חודר לתאי מוח אנושיים ועוקף מודל תא אנושי של מחסום הדם-מוח.
"למדנו הרבה in vivo מסכים, אבל היה קשה למצוא AAVs שעבדו בצורה כזו על פני מינים", הוסיף צ'ין הואנג, מחבר ראשון במחקר ומדען מחקר בכיר במעבדתו של דברמן שסייע בפיתוח שיטת ההקרנה למציאת AAVs הקושרים יעדי חלבון ספציפיים "למצוא אחד שעובד באמצעות קולטן אנושי הוא צעד גדול קדימה."
מעבר למנה
כדי לבדוק את ה-AAVs בבעלי חיים, החוקרים השתמשו בעכברים שבהם הגן של העכבר המקודד לקולטן טרנספרין הוחלף במקבילו האנושי. הצוות הזריק את ה-AAVs לזרם הדם של עכברים בוגרים ומצא רמות גבוהות יותר באופן דרמטי של ה-AAVs במוח ובחוט השדרה בהשוואה לעכברים ללא הגן של קולטן טרנספרין אנושי, מה שמצביע על כך שהקולטן העביר את ה-AAV באופן פעיל על פני מחסום הדם-מוח .
ה-AAVs גם הראו הצטברות גבוהה פי 40-50 ברקמת המוח מאשר AAV9, שהוא חלק מטיפול המאושר על ידי ה-FDA לניוון שרירי עמוד השדרה בתינוקות, אך אינו יעיל יחסית בהעברת מטען למוח הבוגר. ה-AAV החדשים הגיעו לעד 71 אחוז מהנוירונים ול-92 אחוז מהאסטרוציטים באזורים שונים במוח.
בעבודה בהובלת מדען המחקר ג'ייסון וו, הצוות של דברמן השתמש גם ב-AAVs כדי לספק עותקים בריאים של האדם GBA1 גן, אשר עובר מוטציה במספר מצבים נוירולוגיים. ה-AAV החדשים סיפקו פי 30 יותר עותקים של GBA1 גן מאשר AAV9 בעכברים ונמסרו בכל המוח.
הצוות אמר כי ה-AAV החדשים הם אידיאליים לטיפול גנטי מכיוון שהם מכוונים לחלבון אנושי ויש להם תשואות ייצור וטיהור דומות ל-AAV9 באמצעות שיטות ייצור ניתנות להרחבה. חברת ביוטכנולוגיה שנוסדה על ידי Deverman, Apertura Gene Therapy, כבר מפתחת טיפולים חדשים באמצעות ה-AAVs כדי למקד את מערכת העצבים המרכזית.
עם התפתחות נוספת, המדענים חושבים שאפשר לשפר את יעילות מסירת הגנים של ה-AAVs שלהם למערכת העצבים המרכזית, להפחית את הצטברותם בכבד ולהימנע מחוסר הפעלה על ידי נוגדנים בחלק מהחולים.
סוניה ואלאב ואריק מיניקל, שני חוקרים ב-Broad שמפתחים טיפולים למחלת פריון, נרגשים מהפוטנציאל של ה-AAVs לספק טיפולי מוח בבני אדם.
"כשאנחנו חושבים על תרפיה גנטית למחלת מוח שלמה כמו מחלת פריון, אתה צריך משלוח מערכתי והפצה ביולוגית רחבה כדי להשיג משהו", אמר מיניקל. "AAVs המתרחשים באופן טבעי פשוט לא יביאו אותך לשום מקום. הקפסיד המהונדס הזה פותח עולם של אפשרויות."
