Genterapi er ved at blive undersøgt som en potentiel behandling af en række neurologiske sygdomme, herunder Alzheimers sygdom,Parkinsons sygdom, Huntingtons sygdom og spinal muskelatrofi. I disse fremgangsmåder leveres terapeutisk genetisk materiale til målceller ved hjælp af en vektor eller bærer. Adeno-associeret virus (AAV) er en af de mest studerede virale vektorer, fordi den kan transducere både delende og ikke-delende celler og er udviklet til levering til en række væv.
Til neurologiske applikationer er effektiv genlevering dog stadig udfordrende. Centralnervesystemet (CNS) er beskyttet af blod-hjernebarrieren, og det kan være svært at opnå tilstrækkelig og passende fordelt vektoreksponering i både hjernen og rygmarven. Immunresponser på vektoren eller transgenet kan også påvirke effektivitet og sikkerhed. Ikke-menneskelige primater (NHP'er) bruges derfor i præklinisk forskning til at evaluere leveringsstrategier, vektorfordeling, transgenekspression og immunresponser i en dyremodel med relevante anatomiske og fysiologiske ligheder med mennesker.
Levering af AAV til CNS
En af de centrale udfordringer i CNS-genterapi er at opnå tilstrækkelig og udbredt distribution af vektoren. Adskillige administrationsveje er blevet undersøgt, herunder direkte parenkymal administration og levering til cerebrospinalvæsken (CSF).
Konvektion-forbedret levering (CED)involverer administration af vektoren direkte ind i hjerneparenkymet under kontrolleret tryk. Den resulterende konvektive strømning kan lette distributionen af vektoren gennem målvævet. NHP-undersøgelser har vist transgenekspression efter CED i flere hjerneregioner, herunder putamen, thalamus og cortex.
En anden fremgangsmåde er at administrere AAV direkte i CSF.Intrathekal (IT) administrationleverer vektoren ind i CSF, der omgiver rygmarven, mensintracerebroventrikulær (ICV) administrationleverer det ind i hjernens ventrikulære system. Begge ruter er blevet undersøgt for at opnå bredere CNS-distribution.
Fordelingen og cellulær tropisme af AAV kan variere afhængigt af capside og administrationsvej. En undersøgelse i cynomolgus makakaber sammenlignede IT og ICV administration af AAV9 og AAVrh10. Undersøgelsen rapporterede, at IT-administration af AAV9 producerede relativt konsekvent transgenekspression i spinale motorneuroner såvel som neuroner og gliaceller i flere hjerneregioner. I modsætning hertil viste AAV9 administreret via ICV-ruten mere konsistent udtryk i hjernen, mens AAVrh10 administreret intratekalt viste begrænset motorneuron-målretning. Disse resultater illustrerer vigtigheden af at overveje både capsid-selektion og administrationsvej ved udvikling af CNS-rettede AAV-terapier.
Immunresponser på AAV-genterapi
Immunresponser repræsenterer en anden vigtig overvejelse i AAV-baseret genterapi. Både medfødte og adaptive immunmekanismer kan reagere på vektoren, dens genetiske materiale eller det udtrykte transgen. Disse responser kan påvirke vektorpersistens, transgenekspression og behandlingstolerabilitet.
Medfødt immunsansning kan involvere receptorer for-mønstergenkendelse og kan føre til inflammatorisk signalering, cytokinproduktion, komplementaktivering og andre nedstrømsreaktioner. Adaptiv immunitet kan omfatte udvikling af antistoffer mod AAV-capsidet og cellulære immunresponser mod vektor-associerede eller transgene-afledte antigener.
Størrelsen og arten af disse responser kan påvirkes af faktorer, herunder vektordosis, capsidserotype, administrationsvej, vektorgenomdesign, promotor, transgen og allerede-eksisterende immunitet. Disse faktorer skal derfor overvejes, når man designer AAV-baserede terapier til specifikke CNS-mål.
Strategier til håndtering af immunresponser
Adskillige tilgange er blevet undersøgt til at reducere eller styre immunresponser på AAV-vektorer. Immunmodulerende eller immunsuppressive behandlinger, herunder kortikosteroider, er blevet brugt i nogle kliniske udviklingsprogrammer til at håndtere inflammatoriske responser efter AAV-administration. Dog systemiskimmunsuppressionkan bære sine egne risici og kræver nøje overvejelse.
Vector engineering giver en anden potentiel strategi. Ændring af AAV-kapsider kan ændre vævstropisme og interaktioner med immunsystemet. Vektorgenomteknologi kan også påvirke medfødt immunfornemmelse, mens vævs-specifikke eller regulerede promotorer kan hjælpe med at kontrollere niveauet og fordelingen af transgenekspression.
NHP-undersøgelser har bidraget til forståelsen af immunresponser efter AAV-administration og har givet information, der kan supplere resultater fra gnavere og in vitro undersøgelser. Forskning i NHP'er har også indikeret, at medfødte immunresponser kan forekomme efter administration til væv, der tidligere blev betragtet som relativt immunprivilegerede, hvilket understreger behovet for at overveje rute- og vævs-specifikke immunmekanismer under vektorudvikling.
NHP'ers rolle i udvikling af CNS-genterapi
NHP-undersøgelser kan give vigtig translationel information under udviklingen af AAV-baserede terapier til neurologiske sygdomme. Ud over at evaluere vektordistribution og transgenekspression kan NHP-undersøgelser bruges til at undersøge administrationsprocedurer, dosis-responsforhold, biomarkører og immunresponser.
Valget af AAV-serotype, administrationsvej, dosis og undersøgelsens endepunkter bør styres af det terapeutiske mål og udviklingsmålene. Ingen enkelt vektor eller administrationsstrategi forventes at være optimal for alle neurologiske sygdomme. Forskelle i målceller, anatomisk fordeling, sygdomsmekanisme og påkrævet niveau af genekspression kan i væsentlig grad påvirke den passende tilgang.
Konklusion
AAV-baseret genterapi har et betydeligt potentiale for neurologiske sygdomme, men effektiv CNS-levering og styring af immunresponser er stadig vigtige udfordringer. NHP-studier kan hjælpe med at karakterisere disse faktorer i en model med relevante anatomiske, fysiologiske og immunologiske egenskaber.
Studier af CED, intrathekal og intracerebroventrikulær administration har vist, at både leveringsvej og AAV-capsid kan påvirke fordelingen og cellulær målretning af terapeutiske vektorer. Samtidig vil fortsat forskning i immunresponser og vektorteknik være vigtig for at forbedre sikkerheden og holdbarheden af CNS-genterapier.
Vel-designede NHP-studier kan derfor give værdifulde translationelle data til støtte for optimering af AAV-baserede tilgange før klinisk udvikling.
