Terapia genowa zaczyna w pełni realizować swój potencjał. Cztery metody leczenia dają wgląd w to, co nas czeka w przyszłości.
Jim Daley
Po licznych niepowodzeniach na przełomie wieków, terapia genowa umożliwia dziś leczenie różnych chorób, od zaburzeń nerwowo-mięśniowych, przez nowotwory, po ślepotę. Sukces ten jest jednak często warunkowy. Niektóre z terapii okazały się skuteczne w łagodzeniu objawów, ale są drogie i trudno dostępne – Nawet jeśli ludzie wiedzą, że istnieje sposób leczenia ich choroby, i nawet jeśli mogą sobie na to leczenie pozwolić lub ich firma ubezpieczeniowa pokryje koszty – które mogą wynosić od 400 tys. do 2 mln dolarów – nie zawsze są w stanie dotrzeć do nielicznych ośrodków akademickich, które to oferują. Inne terapie łagodzą objawy, ale nie eliminują przyczyny.
„Całkowite wyleczenie pacjentów będzie oczywiście ogromnym sukcesem, ale w wielu sytuacjach nie jest to [jeszcze] możliwe” – mówi Julie Crudele, neurolożka i badaczka terapii genowej z University of Washington. Dodaje jednak, że nawet niewielkie osiągnięcia torują drogę ciągłemu postępowi i wskazuje na badania prowadzone z udziałem jej pacjentów cierpiących na dystrofię mięśniową Duchenne’a: „Z większości badań klinicznych wynosimy ważne lekcje”.
Dzięki tej nowej wiedzy i wytrwałym badaniom naukowcy zajmujący się terapią genową mogą obecnie pochwalić się wydłużającą się listą sprawdzonych terapii genowych. Oto cztery najbardziej obiecujące.
ZAMIANA GENOW, ZAPOBIEGAJĄCA UTRACIE WZROKU
Niektóre dzieci rodzą się z poważnym pogorszeniem wzroku spowodowanym przez choroby siatkówki, które kiedyś prowadziły nieuchronnie do całkowitej ślepoty. Dziś mogą skorzystać z terapii genowej stworzonej przez małżeństwo Jean Bennett i Alberta Maguire, okulistów na University of Pennsylvania.
Kiedy w 1991 roku para ta rozpoczęła badania nad chorobami siatkówki, żaden z genów, o których obecnie wiadomo, że powodują utratę wzroku i ślepotę, nie został jeszcze zidentyfikowany. W 1993 roku badacze rozpoznali jeden potencjalny gen docelowy – RPE65. Siedem lat później Bennett i Maguire przetestowali terapię ukierunkowaną na ten gen u trzech psów z poważną utratą wzroku – wszystkim trzem przywrócono widzenie.
U ludzi chorobą dziedziczną, która najlepiej odpowiada utracie wzroku u psów, jest wrodzona amauroza Lebera (Leber congenital amaurosis, LCA). LCA uniemożliwia siatkówce, warstwie komórek wrażliwych na światło w tylnej części oka, prawidłowe reagowanie lub wysyłanie sygnałów do mózgu, gdy uderza w nią foton. Choroba ta może powodować niekontrolowane drżenie oka (oczopląs), uniemożliwia źrenicom reagowanie na światło i zazwyczaj prowadzi do całkowitej ślepoty przed ukończeniem 40 roku życia. Naukowcy powiązali tę chorobę z mutacjami lub delecjami w którymkolwiek z 27 genów związanych z rozwojem i funkcjonowaniem siatkówki. Do czasu powstania terapii genowej nie było na nią lekarstwa.
Mutacje w RPE65 są tylko jedną z przyczyn dziedzicznego zaniku siatkówki, ale była to przyczyna, którą Bennett i Maguire mogli się zająć. Naukowcy użyli nieszkodliwego wirusa związanego z adenowirusami (AAV), który zaprogramowali tak, by znajdował komórki siatkówki i wstawiał zdrową wersję genu, a następnie wstrzyknęli go do oka pacjenta bezpośrednio pod siatkówkę. W 2017 roku, po serii badań klinicznych, Agencja ds. Żywności i Leków (Food and Drug Administration, FD) zatwierdziła neparwowek woretygenu (sprzedawany pod nazwą Luxturna) do leczenia wszelkich dziedzicznych dystrofii siatkówki spowodowanych zmutowanym genem RPE65, w tym LCA typu 2 i zwyrodnienia barwnikowego siatkówki – innej wrodzonej choroby oczu, która wpływa na fotoreceptory w siatkówce. Luxturna była pierwszą zatwierdzoną przez FDA terapią genową in vivo, która jest dostarczana do komórek docelowych wewnątrz organizmu (poprzednio zatwierdzone terapie ex vivo dostarczają materiał genetyczny do komórek docelowych w próbkach pobranych z organizmu, które są następnie ponownie do niego wstrzykiwane).
Spark Therapeutics, firma produkująca Luxturnę, szacuje, że do leczenia może kwalifikować się około 6 tys. osób na całym świecie, w tym od 1 tys. do 2 tys. w Stanach Zjednoczonych – tak mało, że Luxturna otrzymała status „leku sierocego”; oznaczenie to jest wykorzystywane przez FDA do zachęcania do rozwoju terapii przeciwko rzadkim chorobom. To jednak nie wystarczyło, aby obniżyć koszty. Terapia jest wyceniana na około 425 tys. dolarów za jedną iniekcję, czyli niemal milion dolarów za dwoje oczu. Pomimo kosztów, Maguire mówi: „Nie spotkałem jeszcze nikogo w Stanach Zjednoczonych, kto nie mógłby uzyskać dostępu do tego leczenia z powodów finansowych”.
U osób leczonych dochodzi do istotnej poprawy: u pacjentów, którzy wcześniej nie widzieli ostro, dochodziło do przywrócenia wzroku, często w bardzo krótkim czasie. Niektórzy zgłaszali, że po zastrzykach po raz pierwszy zobaczyli gwiazdy.
Chociaż nie jest jasne, jak długo utrzymają się efekty, dane uzupełniające opublikowane w 2017 roku pokazały, że u wszystkich 20 pacjentów leczonych preparatem Luxturna w badaniu fazy 3 zachowała się poprawa widzenia trzy lata później. Bennett twierdzi, że pięcioletnia obserwacja 29 pacjentów, która jest obecnie w trakcie recenzji, dała podobnie pomyślne wyniki. „Ci ludzie mogą teraz robić rzeczy, o których nie mogli nawet marzyć, są bardziej niezależni i cieszą się życiem”.
UCZENIE UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO, JAK MA ZWALCZAĆ NOWOTWORY
Terapia genowa poczyniła postępy również w walce z rakiem. Podejście znane jako terapia limfocytami T z chimerycznym receptorem antygenowym (CAR) działa poprzez programowanie komórek odpornościowych pacjenta tak, aby rozpoznawały i działały na komórki z mutacjami nowotworowymi. Steven Rosenberg, kierownik chirurgii w National Cancer Institute, pomógł w opracowaniu terapii i opublikował pierwsze pomyślne wyniki w badaniu dotyczącym leczenia chłoniaka w 2010 roku.
„Ten pacjent miał rozlane ogniska choroby w klatce piersiowej i brzuchu, a doszło u niego do całkowitej regresji – mówi Rosenberg – regresji, która trwa już 11 lat”.
W terapii limfocytami CAR T wykorzystuje się białe krwinki, tak zwane limfocyty T, które stanowią pierwszą linię obrony przed patogenami. Stosuje się własne limfocyty T pacjenta, które są pobierane i genetycznie modyfikowane tak, aby mogły tworzyć receptory swoiste dla komórek nowotworowych. Po ponownym podaniu pacjentowi zmodyfikowane limfocyty T, które teraz mają zdolność rozpoznawania i atakowania komórek nowotworowych, namnażają się i pozostają w gotowości do przyszłych spotkań.
W 2016 roku badacze z University of Pennsylvania przedstawili wyniki leczenia limfocytami CAR T – preparat ten znany jest pod nazwą tisagenlecleucel – ostrej białaczki limfoblastycznej (acute lymphoblastic leukemia, ALL), jednego z najczęstszych nowotworów u dzieci. U pacjentów z ALL mutacje w DNA komórek szpiku kostnego powodują, że produkują one ogromne ilości limfoblastów, czyli niedojrzałych białych krwinek, które gromadzą się w krwiobiegu. Choroba szybko postępuje: prawdopodobieństwo wyleczenia u osób dorosłych jest niewielkie, a mniej niż połowa z nich przeżywa więcej niż pięć lat od momentu postawienia diagnozy.
Limfocyty CAR T skierowane przeciwko ALL są niezmordowane – pojedynczy zmodyfikowany limfocyt T może zabić nawet 100 tys. limfoblastów. W badaniu przeprowadzonym na University of Pennsylvania 29 na 52 pacjentów z ALL, u których zastosowano tisagenlecleucel, weszło w stan trwałej remisji. Na podstawie wyników tego badania FDA zatwierdziła terapię (produkowaną przez Novartis pod nazwą Kymriah) do leczenia ALL, a w następnym roku agencja zatwierdziła ją do stosowania w leczeniu chłoniaka rozlanego z dużych komórek B. Jednorazowy zabieg kosztuje ponad 475 tys. dolarów.
Terapia limfocytami CAR T niesie ze sobą pewne zagrożenia. Może prowadzić do poważnych działań niepożądanych, w tym zespołu uwalniania cytokin (cytokine release syndrome, CRS) – niebezpiecznej reakcji zapalnej, która przybiera postać od łagodnych objawów grypopodobnych w mniej nasilonych przypadkach do niewydolności wielonarządowej, a nawet śmierci. CRS nie jest swoisty dla terapii CAR T: naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali go w latach 90. jako efekt uboczny terapii przeciwciałami stosowanymi przy przeszczepach narządów. Obecnie, dzięki połączeniu nowszych leków i czujności, lekarze lepiej rozumieją, jak daleko mogą się posunąć w leczeniu, aby nie wywołać CRS. Rosenberg mówi: „Wiemy, jak radzić sobie z skutkami ubocznymi, gdy tylko się pojawią, a poważne zachorowania i zgony z powodu zespołu uwalniania cytokin drastycznie zmalały w porównaniu z okresem początkowym”.
Do 2020 roku odsetek remisji u pacjentów z ALL poddanych leczeniu preparatem Kymriah wynosił około 85%. Ponad połowa nie miała nawrotów choroby po roku. Novartis planuje obserwować efekty u wszystkich pacjentów poddanych terapii przez 15 lat, aby lepiej zrozumieć, jak długo pozostaje ona skuteczna.
PRECYZYJNE EDYTOWANIE W CHOROBACH KRWI
Szczególnie skrupulatnie obserwowana jest jedna z nowości w dziedzinie terapii geno wej: edycja genów in vivo z użyciem systemu zwanego CRISPR, który stał się jedną z najbardziej obiecujących terapii genowych od czasu odkrycia go przez Jennifer Doudnę i Emmanuelle Charpentier w 2012 roku – za co otrzymały one Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2020 roku. W czerwcu zeszłego roku opublikowano pierwsze wyniki niewielkiego badania klinicznego, mającego na celu leczenie niedokrwistości sierpowatokrwinkowej i ściśle powiązanej z nią choroby, tzw. beta-talasemii.
Niedokrwistość sierpowatokrwinkowa dotyka milionów ludzi na całym świecie i powoduje wytwarzanie czerwonych krwinek w kształcie półksiężyca, które są bardziej lepkie i sztywne niż zdrowe krwinki, co może prowadzić do anemii i zagrażających życiu kryzysów zdrowotnych. Beta-talasemia, na którą cierpią kolejne miliony osób, pojawia się, gdy inna mutacja powoduje, że organizm wytwarza mniej hemoglobiny – białka bogatego w żelazo, które umożliwia czerwonym krwinkom przenoszenie tlenu. Przeszczep szpiku kostnego może być lekarstwem dla tych, którzy mogą znaleźć pasujących dawców, w przeciwnym razie jednak leczenie obu chorób polega głównie na transfuzjach krwi i farmakologicznym leczeniu powikłań.
Zarówno niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, jak i beta-talasemia są powodowane przez dziedziczne mutacje pojedynczego genu, co czyni je dobrymi kandydatami do terapii opartej na edytowaniu genów. Metoda CRISPR-Cas9 wykorzystuje sekwencje DNA pochodzące z bakterii (clustered regularly interspaced short palindromic repeats, czyli CRISPR) oraz enzym związany z CRISPR (w skrócie Cas) do edycji genomu pacjenta. Sekwencje CRISPR są przepisywane na RNA, które lokalizuje i identyfikuje sekwencje DNA odpowiedzialne za określone schorzenie. Po spakowaniu razem z Cas9, przepisane RNA lokalizuje sekwencję docelową, a Cas9 wycina ją z DNA, naprawiając lub dezaktywując w ten sposób problematyczny gen.
Na konferencji w czerwcu tego roku firmy Vertex Pharmaceuticals i CRISPR Therapeutics ogłosiły niepublikowane dotąd wyniki badań klinicznych pacjentów z beta-talasemią i niedokrwistością sierpowatokrwinkową, którym podawano CTX001, terapię opartą na CRISPR-Cas9. W obu przypadkach terapia nie wyłącza docelowego genu, dostarcza natomiast gen zwiększający produkcję zdrowej hemoglobiny płodowej, który normalnie jest wyłączany krótko po urodzeniu. CTX001 zastosowano u 15 osób z beta- -talasemią – po trzech lub więcej miesiącach u wszystkich nastąpił szybki wzrost poziomu hemoglobiny i nie wymagały już transfuzji krwi. To samo leczenie zastosowano u siedmiu pacjentów z ciężką niedokrwistością sierpowatokrwinkową. U wszystkich nastąpiło zwiększenie poziomu hemoglobiny; silny ból nie występował przez co najmniej trzy miesiące. Ponad rok później poprawa ta utrzymała się u pięciu osób z beta-talasemią i dwóch z niedokrwistością sierpowatokrwinkową. Badanie jest w toku, a pacjenci są nadal rekrutowani. Rzecznik prasowy firmy Vertex ma nadzieję, że uda się włączyć do badania łącznie 45 pacjentów i złożyć wniosek o zatwierdzenie leku w USA już w tym roku (2022).
PRZERWAĆ ROZWOJ POTENCJALNIE ŚMIERTELNEJ CHOROBY
Rdzeniowy zanik mięśni (spinal muscular atrophy, SMA) jest chorobą neurodegeneracyjną, w której neurony ruchowe – nerwy, które kontrolują ruchy mięśni i łączą rdzeń kręgowy z mięśniami i narządami – ulegają degradacji, nieprawidłowo funkcjonują i obumierają. Zazwyczaj diagnozuje się ją u niemowląt i małych dzieci. Podstawową przyczyną jest mutacja genetyczna, która hamuje produkcję białka biorącego udział w budowie i utrzymaniu neuronów ruchowych.
Wyróżnia się cztery typy SMA, uszeregowane według stopnia ciężkości i zależne od tego, ile białka są jeszcze w stanie wyprodukować neurony ruchowe danej osoby. W najcięższych przypadkach, typu I, nawet najbardziej podstawowe funkcje, takie jak oddychanie, siedzenie i połykanie, stają się niezwykle trudne. U niemowląt, u których zdiagnozowano SMA typu I, śmiertelność do pierwszego roku życia wynosiła w przeszłości 90%.
Adrian Krainer, biochemik z Cold Spring Harbor Laboratory, po raz pierwszy zainteresował się SMA, kiedy uczestniczył w warsztatach National Institutes of Health w 1999 roku. W tym czasie Krainer badał, w jaki sposób mutacje RNA powodują raka i choroby genetyczne wtedy, gdy zaburzają proces zwany splicingiem (splataniem, łączeniem), a naukowcy podejrzewali, że u podłoża SMA mogą leżeć nieprawidłowości tego procesu. Kiedy na podstawie zapisu w DNA powstaje RNA, musi zostać poddane edycji, polegającej na splicingu. W tym procesie edycji sekwencje niekodujące (introny) są wycinane, dzięki czemu pozostałe sekwencje kodujące (eksony) łączą się w łańcuch. W rezultacie powstaje dojrzałe RNA matrycowe (mRNA), które może posłużyć do produkcji białka (translacji).
Krainer zdał sobie sprawę, że istnieją podobieństwa między defektami związanymi z SMA a jednym z badanych przez niego mechanizmów – mianowicie błędem, który powstaje, gdy ważny ekson zostaje nieumyślnie utracony podczas splicingu RNA. U osób z SMA brakowało jednej z tych kluczowych sekwencji genowych, zwanej SMN1.
„Gdybyśmy mogli dowiedzieć się, dlaczego ten ekson jest pomijany, i znaleźli rozwiązanie tego problemu, prawdopodobnie pomogłoby to wszystkim pacjentom [z SMA]” – mówi Krainer. Rozwiązanie, na które wpadł on i jego współpracownicy, to tzw. terapia antysensowna, wykorzystująca pojedyncze łańcuchy syntetycznych nukleotydów do dostarczania instrukcji genetycznych bezpośrednio do komórek ciała [patrz „Naprawianie genów”, s. 33]. W przypadku SMA instrukcje pobudzają inny gen neuronu ruchowego, SMN2, który normalnie produkuje niewielkie ilości brakującego białka neuronu ruchowego, do wytwarzania go w znacznie większej ilości, dzięki czemu może skutecznie zastępować SMN1. Pierwsze badanie kliniczne testujące to podejście rozpoczęło się w 2010 roku, a w 2016 roku FDA zatwierdziła nusinersen (dostępny w sprzedaży jako Spinraza). Ponieważ substancja terapeutyczna nie wbudowuje się w genom, musi być podawana co cztery miesiące, aby utrzymać produkcję białka. Jest przy tym oszałamiająco droga: pojedyncza kuracja preparatem Spinraza kosztuje aż 750 tys. dolarów w pierwszym roku i 375 tys. rocznie w latach kolejnych.
Od roku 2016 zastosowano ją na całym świecie u ponad 10 tys. osób. Chociaż lek Spinraza nie przywraca całkowicie normalnych funkcji motorycznych (pojedynczy gen neuronu motorycznego po prostu nie jest w stanie wyprodukować wystarczającej ilości białka), może pomóc dzieciom z którymkolwiek z czterech typów SMA żyć dłużej i aktywniej. W wielu przypadkach preparat Spinraza poprawił funkcje motoryczne pacjentów, umożliwiając nawet osobom z cięższymi przypadkami samodzielne oddychanie, przełykanie i siedzenie w pozycji wyprostowanej. „Najbardziej uderzające są wyniki uzyskiwane u dzieci, których leczenie rozpoczęto zaraz po urodzeniu, po rozpoznaniu choroby genetycznej poprzez badania przesiewowe noworodków – mówi Krainer. – Można wtedy realnie zapobiec rozwojowi choroby – na wiele lat, a może nawet na zawsze”.
Jim Daley jest niezależnym dziennikarzem z Chicago. Pisze teksty dotyczące nauki i zdrowia
źródło: Świat Nauki , Marzec 2022 nr 3 (367)
Artykuły opracowane niezależnie przez redaktorów „Scientific American” przy wsparciu firmy Pfizer
