Terapie budoucnosti – základní principy a možnosti využití genové terapie

Souhrn

V medicíně a vědě se objevuje v rychlém tempu mnoho novinek v oblasti terapií a léčiv, což mění dosavadní způsoby a možnosti léčby mnoha onemocnění. Proto vznikl z iniciativy Asociace inovativního farmaceutického průmyslu (AIFP) edukační projekt Terapie budoucnosti, jehož cílem je seznamovat odbornou i laickou veřejnost s novými terapeutickými postupy. Ve spolupráci s Českou lékařskou společností Jana Evangelisty Purkyně je v rámci tohoto projektu realizován přednáškový cyklus pro odbornou veřejnost Nové léčebné principy a terapie. Tentokrát byla přednáška z tohoto cyklu věnována genové terapii.

„Pokrok ve vědě a výzkumu je v oblasti nových technologií enormní. A pro nás pro všechny je zajímavé vidět, jak ty technologie fungují a jakým způsobem se potom s nimi dá pracovat v praxi,“ uvedl výkonný ředitel AIFP Mgr. David Kolář v úvodu třetí přednášky z projektu Terapie budoucnosti, jejímž tématem byla genová terapie. Základní principy a možnosti genové terapie představil MUDr. Aleš Kmínek, člen výboru České společnosti pro farmaekonomiku a hodnocení zdravotnických technologií, který přednášku zahájil definicí genové terapie.

Genová terapie – definice a druhy

Cílem genové terapie je korekce chybného genu, který způsobuje nemoc, a to jednorázově. Je to v podstatě zavedení, odstranění nebo změna genetického materiálu (DNA nebo RNA) v buňkách pacienta za účelem léčby specifického onemocnění. Genetický materiál, který je doručen do buňky, obsahuje instrukce měnící způsob, jakým je protein (nebo skupina proteinů) buňkou produkován. Pro různé nemoci můžeme tvorbu proteinu zvýšit nebo snížit, případně protein, který je vadný, opravit.

Podle definice American Society of Gene & Cell Therapy rozlišujeme genovou terapii, při níž se vkládá či umlčuje gen nebo se ovlivňuje jeho „překlad“ do bílkoviny. Při genově/geneticky modifikované buněčné terapii se aplikují ex vivo geneticky upravené buňky. Třetím druhem terapie je úprava genů (gene editing), při které dochází k „opravě“ genů in situ.

„U definic genové terapie není vždy plně pochopitelné, co jimi autoři přesně myslí. Takže jsme se pokusili definovat genovou terapii v užším slova smyslu jako zavedení chybějícího – ‚zdravého‘ genu do buňky. Existují i další postupy a mechanismy – těm říkejme genová terapie v širším slova smyslu. Při nich je například do buňky vložena genetická informace, která vyvolá reakce vedoucí k prevenci či léčbě onemocnění (CAR-T, mRNA), terapie modulující genetické procesy v buňce (oligonukleotidy), terapie umožňující opravu genu in situ (CRISPR-Cas9). Terapie umožňující opravu genu in situ, tedy ‚na místě‘ jsou terapie, které umožňují opravit nějaký gen, aniž se tam nový gen vsadí. Tyto terapie zatím nejsou v klinickém použití,“ vymezil MUDr. Aleš Kmínek definice genové terapie. „V dnešním povídání se zaměříme na genovou terapii v užším slova smyslu, tedy zavedení chybějícího nebo ‚zdravého‘ genu do buňky. K tomu, abychom to mohli udělat a aby ta terapie fungovala, potřebujeme splnit nějaké předpoklady: Nemocný či chybějící gen je potřeba identifikovat, je potřeba mít k dispozici fungující nebo zdravý gen a ten je potřeba umět dopravit na místo, kde má být. Potřebujeme tedy také nosič (vektor), který ho dopraví na potřebné místo. A je nutné zajistit, že doprava toho genu proběhne opravdu na to místo, kde má ten gen být.“

Vektor

Terapeutická nukleová kyselina nemá kvůli svojí velikosti a negativnímu náboji schopnost procházet buněčnou membránou. Proto potřebuje nosič (vektor), který ji dopraví do nitra buňky. Je to podstatná součást genové terapie, protože vektor může velkou měrou ovlivňovat úspěšnost léčby, ale také její nežádoucí účinky. Ideální vektor by měl být schopen přenášet velké geny a měl by mít vysokou účinnost přechodu přes buněčnou membránu. Ideálně by měl být schopný zacílit na specifické buňky a vyhnout se tak zabudování terapeutického genu mimo specifický cíl. Velmi důležité je, aby nevyvolával imunologické a zánětlivé reakce. V neposlední řadě je potřeba, aby jej bylo možno vyrábět ve velkém množství. „Možných vektorů je řada, například liposomy, kationické polymery, ale v praxi se v současné době nejvíce uplatňují viry,“ vysvětluje MUDr. Aleš Kmí nek. „Virus, právě proto, že je virem, je uzpůsoben k tomu, aby vstoupil do buňky a genetický materiál uvolnil tak, jak to viry dělají.“ V současné době se nejčastěji používají retroviry a adenoviry, dále se hojně používají adenovirus associated virus (AAV) a herpes simplex virus (HSV).

Integrace genu

Podle toho, do jakých buněk se gen integruje, rozlišujeme dvě základní strategie genové terapie:

1. Integrace genu do prekurzorových nebo kmenových buněk

Gen se dostane do buněk, které se dále dělí a všechny dceřiné buňky obsahují integrovaný gen. Vektor, jenž dopraví gen do buňky, musí být v tomto případě schopen se integrovat do chromosomů cílové buňky. Zabudování genu je většinou ex vivo proces. Do buněk odebraných pacientovi se vpraví gen a takto upravené buňky se pak vrací pacientovi do těla.

2. Integrace genu do postmitotických nebo pomalu se dělících buněk

V tomto případě se gen exprimuje v buňce, která se nedělí. Integrace genu do chromosomu buňky není nutná. Dodaná DNA je stabilizována extrachromosomálně. Většinou jde o zabudování genu in vivo. V tomto případě se nový gen dodává intravenózně nebo se dodává na místo.

Gen je zabudován buď in vivo nebo ex vivo. Při in vivo genové terapii je gen dopraven nosičem (vektorem) na místo určení, kde se usadí (nemusí to být v chromosomu) a začne „pracovat“. Při ex vivo genové terapii je gen vložen do buňky mimo tělo pacienta, poté je změněná buňka dopravena do těla příjemce, kde začne gen „pracovat“.

Přípravky genové terapie

V Evropě je schváleno pět léčebných přípravků. První je betibeglogen autotemcel (přípravek Zynteglo), který je indikován pro léčbu beta-talasemie. Je to léčba, která používá technologii ex vivo s hematopoetickými buňkami a používá se zde lentivirový vektor. V laboratoři se βA-T87Q-globinový gen vloží do lentivirového vektoru (LVV). Hematopoetické kmenové a progenitorové buňky jsou odebrány z kostní dřeně a periferní krve pacienta, z nich jsou izolovány a dále pěstovány CD34+ buňky. V laboratoři je βA -T87Q-globinový gen pomocí LVV vložen do CD34+ buněk a po přípravě pacienta (deplece endogenních hematopoetických kmenových a progenitorových buněk) jsou buňky s genem βA -T87Q vpraveny i. v. do těla pacienta.

Další schválenou terapií je přípravek Strimvelis (GSK-2696273), což je genová terapie těžké kombinované imunodeficience způsobené nedostatkem adenosindeaminázy (ADA-SCID), kde se podává gen pro ADA. Terapie používá autologní hematopoetické kmenové/progenitorové buňky CD34+, do kterých je ex vivo dodán gen pro ADA obsažený v cDNA (komplementární DNA), dodaný pomocí adenovirového vektoru. Gen pro ADA zůstává mimo chromosomy pacienta. Je to extrémně náročná technologie, kterou podává pouze jedno centrum na světě – nemocnice San Raffaele v Miláně.

Další možností je atidarsagen autotemcel (přípravek Libmeldy) pro léčbu metachromatické leukodystrofie. Toto onemocnění CNS projevující se ztrátou neurologických funkcí (poruchy citu, pohybu, řeči atd.) je způsobeno deficitem arylsulfatázy A (ARSA) kvůli mutaci v genu ARSA. Při terapii je použit lentivirový vektor obsahující gen ARSA v CD34+ autologních kmenových a progenitorových buňkách. V Evropě bylo schváleno pět center, která ho budou podávat (Milán, Tübingen, Utrecht, Manchester, Paříž).

Druhá skupina terapeutických postupů využívá buněk, které se nedělí. První je voretigen neparvovec (přípravek Luxturna), který se používá pro léčbu slepoty způsobené mutací v RPE65. Jednovláknový gen pro RPE65 je vpraven do AAV (adeno-associated virus) vektoru. AAV vektor obsahující gen RPE65 je vpraven injekcí pod sítnici. RPE65 není integrován do DNA, ale vytváří episom, který produkuje chybějící protein.

Poslední terapií je onasemnogen abeparvovek (přípravek Zolgensma) k léčbě spinální muskulární atrofie. Používaný vektor AAV9 se běžně vyskytuje v přírodě, ale nezpůsobuje lidské onemocnění, má dobrou afinitu k nervovým buňkám. Navíc je schopen překonat hematoencefalickou bariéru, proto je možné onasemnogen abeparvovek podávat intravenózně.

„Tím, že je to intravenózní infuze, dostává se transgen do všech buněk těla, má vyšší afinitu k buňkám jater, srdce, ale i nervovým buňkám. Dostává se endocytózou do cytoplazmy, kde se rozpadá kapsida a DNA toho transgenu se dostává do jádra. DNA se nezabuduje do DNA pacienta, což je výhodou, protože při dělení buněk se již nedostává do nových buněk. Formou episomu, což je mimo DNA pacienta, je pak schopna tvořit mRNA pro SMN1 protein,“ popisuje tuto terapii doc. MUDr. Jana Haberlová, Ph.D., z Kliniky dětské neurologie v Neuromuskulárním centru Fakultní nemocnice v Motole. „Je to opravdu převratná věc v medicíně, protože to je první systémová genová léčba. A co je důležité, protože nervové buňky se již nedělí, je tu předpoklad, že efekt této léčby by měl být dlouhodobý.“

„Výsledky léčby terapií onasemnogen abeparvovek jsou i u těžkých forem onemocnění zřejmě lepší při včasném začátku léčby. Proto je důležitý screening SMA,“ uvádí MUDr. Kmínek. A potvrzuje to i doc. MUDr. Haberlová: „My pacienta vidíme ve chvíli, kdy má svalovou slabost. To znamená, že došlo ke ztrátě motoneuronů, dokládá to nález biopsie nebo MR svalů, některá svalová vlákna jsou už nahrazena vazem a tukem. V tuto chvíli my jakýmkoliv zázračným lékem nejsme schopni vazivo a tuk změnit na funkční svalová vlákna. Opravdu zde platí, že časnost nasazení léčby je extrémně důležitá. Zde hraje roli i týden či dva, protože pokles motoneuronů může být například u SMA1 velmi rychlý.“

Teoretická potenciální rizika genové terapie

Genová terapie nemá jenom benefity, má i rizika. Od začátku se uvažovalo o různých teoretických rizicích, jako jsou snížení exprese genu (gene silencing), genotoxicita (zhoubné nádory krevní i solidní), fenotoxicita (zvýšená nebo neregulovaná exprese genu), imunotoxicita (navození imunitní reakce), uvažovalo se i o horizontálním přenosu (přenos vektoru od léčeného na okolí) a vertikálním přenosu (přenos transgenu na potomky). Z těchto potenciálních rizik se jako reálná ukázala dvě, která se projevila i prakticky. Jsou jimi genotoxicita a imunotoxicita, s nimiž se všichni odborníci, kteří budou v této oblasti pracovat, musí nějakým způsobem potýkat.

Genotoxicita vyplývá z možnosti, že virový vektor svým umístěním přeruší funkční část DNA. Prevencí a budoucností jsou stále bezpečnější vektory, které gen dostanou opravdu na to místo, kde má být.

Imunotoxicita je imunitní odpověď na virový vektor nebo přenášenou tkáň. Vektory, které se používají, jsou viry, jež se v populaci běžně vyskytují. Je tedy potřeba zjistit, zda má potenciální příjemce proti těmto vektorům protilátky, a potom je potřeba podat imunomodulační léky, které se používají i k léčbě imunotoxické reakce.

Zkušenosti s dalšími nežádoucími účinky popisuje doc. MUDr. Haberlová: „My víme, že lék způsobuje akutní nežádoucí účinky během tří měsíců po podání. V prvních dvou týdnech po podání se objevuje trombocytopenie a je tu riziko trombotické mikroangiopatie. V těch prvních dvou týdnech vidíme obrovskou imunitní reakci organismu, protože jsme tělo zaplavili obrovskou dávkou viru, který sice nezpůsobuje onemocnění, ale má obrovský imunitní potenciál. A pak koncem prvního měsíce a někdy i ve druhém a třetím měsíci po podání vidíme příznaky hepatopatie. Jsou popsána i úmrtí po podání léčby. Ovšem do dneška byly odléčeny celosvětově tisíce pacientů a úmrtí jsou ojedinělé případy.“ MUDr. Haberlová připouští i další rizika: „Až po registraci se zjistilo, že to může způsobovat TMA (anhydrid kyseliny trimelitové). Tím, že je to léčba nová, je tu i riziko, že se objeví nežádoucí účinky, které my ještě neznáme, jak krátkodobé, tak dlouhodobé. Jsou tu velké nejistoty.“

Otázky k řešení a budoucnost genové terapie

V případě genové terapie je potřeba řešit mnoho otázek. Například regulaci. Ta byla pro přípravky genové terapie složitější, protože šlo o kontroverzní téma. Nyní ale regulace zaznamenává pozitivní změny, ve Spojených státech místo společného hodnocení FDA a NIH zůstalo jen hodnocení FDA, v Evropě zajišťuje hodnocení EMA.

Dalším tématem k řešení je a bude cena. Terapie je jednorázová, velmi náročná na přípravu, a tedy i velmi drahá. „I benefity terapie mohou být na dlouhé období, jde o jednorázové podání léčby. A to je něco, co neumíme úplně ekonomicky pojmout. A proto tady je nutný dialog všech zúčastněných, včetně plátců, výrobců, o tom, jaký model platby zvolit. Model, který vznikl v době aspirinu, že každou tabletku zaplatíme, nelze aplikovat na lék, který se dá jednou za život a vyléčí celou nemoc. Možná ta platba může být rozložena, možná může být postupně splácena podle výsledků. Těch modelů je řada a asi se nevyhneme diskusi o nich.“

Dalšími otázkami jsou zlepšení vlastností vektorů, méně toxické režimy, které musí pacient podstoupit před aplikací upravených buněk, potlačení imunitní odpovědi na vektor.

V současné době probíhají klinické studie pro použití genové terapie v mnoha dalších diagnózách, například hemofilie, cerebrální adenoleukodystrofie, choroideremie, na X chromosom vázaná myotubulární myopatie, Sanfilippův syndrom, Duchennova muskulární dystrofie a další – to je jen ukázka toho, kam bude soustředěn výzkum. V genové terapii se v současné době vyvíjí stovky léčebných přípravků pro výše zmíněné diagnózy.