Работая со свиньями CF, исследователи, базирующиеся в Pappajohn Biomedical Institute (PBI) UI, показали, что два различных основанных на вирусе вектора могут восстановить рабочую версию муковисцедоза трансмембранный регулятор проводимости (CFTR) белок, который является дефектным в CF к камерам воздушной трассы свиней. Кроме того, эта генная замена нормализовала важные аспекты биологии легкого и улучшила способность выделений воздушной трассы убить бактерии.«Это – важное доказательство принципа для идеи, что генотерапия для CF могла работать, потому что мы использовали модель животных, которую мы знаем, заболевает заболеванием легких как люди», говорит Пол Маккрей младший, преподаватель педиатрии в Медицинском колледже УИ Карвера и научном руководителе для одного из исследований, которые оба были изданы 8 сентября в журнале JCI Insight. «В наших краткосрочных экспериментах мы видели доказательства исправления некоторых известных проблем CF, включая соленое движение через клеточную мембрану, pH (кислотность) жидкости поверхности воздушной трассы и способность дыхательной секреции убить бактерии. Это показывает, что генотерапия имеет эффект, который, кажется, терапевтически релевантен».
Новый ключ модели животных для исследования CFНесмотря на простоту понятия генотерапии – заменяют вызывающий болезнь ген нормальной версией – безопасно поставляющие гены к правильным клеткам так, чтобы они произвели достаточные суммы белка замены, чтобы лечить заболевание, оказался трудным достигнуть.
Для CF одно значительное препятствие было отсутствием хорошей модели животных, чтобы проверить терапевтические результаты генотерапий. Мыши с CF не заболели заболеванием легких, которое является главной причиной болезни и смерти в человеческих пациентах.
В 2008 исследователи CF в UI во главе с Майклом Уэлшем, директором PBI и Говардом Хьюзом Медицинский следователь Института, сделали важный шаг вперед, создав модель свиньи CF, который в отличие от мышей CF, заболевает заболеванием легких, которое подражает признакам, замеченным у людей.«Модель свиньи позволяет нам смотреть на эффект генотерапии на заболевании легких и спрашивать, улучшает ли генное спасение также проблемы с легким, вызванные CF», говорит Джозеф Зэбнер, преподаватель UI внутренней медицины.Генотерапия частично исправляет проблемы с легким CF
В новых исследованиях две команды проверили две различных стратегии генотерапии получить функциональный CFTR в клетки воздушной трассы свиней CF. Одна группа во главе с Маккреем и Патриком Зинном, преподавателем научного сотрудника UI педиатрии и директором Вирусного Векторного Ядра UI, сосредоточилась на лентивирусе. Этот тип вируса успешно и безопасно использовался в качестве вектора генотерапии для пациентов с редкими свободными болезнями.
Главное преимущество лентивирусов – поставленный ген, непосредственно включен (интегрированный) в к геному клетки, означая, что фиксация постоянная. Однако это сложно, чтобы произвести большие количества лентивируса, и этот вирус еще не был проверен на безопасность в человеческих легких.
Другая исследовательская группа, во главе с Зэбнером и Дэвидом Шаффером в Калифорнийском университете, Беркли, сосредоточила на adeno-связанном вирусе AAV2. AAVs безопасны для использования в людях, включая человеческие легкие, и относительно легки произвести в больших количествах. Гены, поставленные векторами AAV, постоянно не включены в геном клетки, но выражение гена часто долговечно.
Важным аспектом исследования AAV была молекулярная настройка вируса, таким образом, что это эффективно предназначалось для клеток воздушной трассы свиньи. Зэбнер и Шаффер создали вирус AAV2 с пятью мутациями, который был в 240 раз более эффективным, чем AAV2 при инфицировании клеток воздушной трассы свиньи.
Команда ранее использовала ту же самую направленную стратегию эволюции создать вирус AAV, который предпочтительно заражает человеческие клетки воздушной трассы.Исследователи показали, что обе генотерапии восстановили потоки хлорида в клетках воздушной трассы свиньи, указывающих, что оба вектора поставили работе CFTR правильному местоположению в воздушных трассах. Оба подхода также увеличили pH и бактериальную смертельную способность выделений воздушной трассы.«Развитие генотерапии испытало взлеты и падения и для CF был длительный период с немногими клиническими исследованиями», отмечает Маккрей. «Но невирусное испытание генотерапии было недавно закончено в Великобритании, и мы также начали видеть успехи при других болезнях единственного гена.
С этими результатами и всем мы узнали о получении гена CFTR в правильное место, есть возобновившийся интерес к продвижению с генотерапией CF снова».Зинн добавляет, что новые результаты могут подвинуть исследователей поближе к «переломному моменту» для инициирования клинических испытаний.
У векторов, которые развивают исследователи UI, могло также быть использование вне генотерапии CF как многогранные инструменты трансгенеза.«Если кто-либо хочет использовать генное редактирование, включая CRISPR-Cas9, им нужен способ поставить его клеткам. Векторы как они – ключ к этому», говорит Зэбнер.Генотерапия для CF?
Когда команда UI начала их работу генотерапии больше чем 20 лет назад не было никакого лечения, доступного для CF. Теперь, несколько наркотиков доступны, которые помогают пациентам с определенными мутациями CF. Однако эти наркотики, которые являются дорогими и ежедневно принимаются, не лечат большинство пациентов.
У успешного подхода генотерапии были бы преимущества рассмотрения всех форм CF независимо от генетической мутации, и потенциально терапия могла быть дана только однажды, чтобы произвести постоянное лечение.«Большие вопросы, нас спрашивают, принадлежат тому, как выполнимый это должно было бы использовать этот подход, чтобы рассматривать людей с CF. Например, сколько времени экспрессия гена в последний раз?
Это предотвращает болезнь? Для тех вопросов будут нужны долгосрочные исследования, чтобы ответить», говорит Маккрей.
Эти исследования следовали из очень совместной науки команды между UI, Калифорнийским университетом, Беркли и Университетом Райта в Огайо, и среди многократных отделов в Медицинском колледже УИ Карвера. Два ведущих автора исследований – оба аспиранты UI; Эшли Куни в программе микробиологии и Бенджамин Стейнес находятся в молекулярной и клеточной программе биологии.
Исследование финансировалось частично грантами от Национального Сердца, Легкого, и института Блада, Национального Института Диабета и Пищеварительных и Болезней почек, и часть Национальных Институтов Здоровья и Фонд Муковисцедоза.