Una nueva visión para las terapias génicas administradas por AAV
Los AAV con secuencias inhibidoras de TLR9 incorporadas en sus genomas permitieron una expresión significativamente mayor de un gen informador fluorescente vinculado en la retina del ratón (derecha) que los AAV que carecían de las secuencias (izquierda) después administración intravítrea. Crédito: David Copland/Universidad de Bristol, Reino Unido
En los últimos años, el virus adenoasociado (AAV) ha sido reconocido como el principal vehículo (vector) para la administración in vivo de genes terapéuticos porque no es patógeno y se dirige de manera eficiente muchos tipos diferentes de células y tejidos. Las aprobaciones recientes de la Administración Federal de Medicamentos (FDA) de terapias de reemplazo de genes basadas en AAV para tratar la atrofia muscular espinal y una forma de distrofia retiniana hereditaria destacan la promesa de esta modalidad terapéutica.
Un desafío clave de las terapias génicas in vivo es su potencial para causar reacciones inmunitarias e inflamación, lo que puede afectar el funcionamiento o la duración de las terapias y, en casos excepcionales, incluso puede poner en peligro la vida. Las muertes recientemente informadas de tres niños que recibieron una terapia génica de AAV administrada sistémicamente en dosis altas en un ensayo para tratar la miopatía miotubular ligada al cromosoma X mostraron de manera espectacular que la toxicidad mediada por AAV y las respuestas inmunitarias solo se conocen de manera incompleta y que los vehículos de administración de AAV actuales todavía necesitan mejorar aún más.
La cápside y el genoma del AAV pueden actuar como componentes inmunogénicos. Específicamente, el genoma del vector, que abarca el gen terapéutico, puede activar una proteína conocida como receptor tipo Toll 9 (TLR9), un llamado receptor de reconocimiento de patrones que detecta ADN extraño en células inmunitarias especializadas. Esta detección desencadena primero una respuesta inmunitaria que provoca inflamación (inmunidad innata) y, posteriormente, respuestas inmunitarias más específicas (inmunidad adaptativa, en forma de células T citotóxicas) contra la cápside del AAV, lo que impide que la terapia surta efecto y plantea un riesgo potencial. .
Ahora, una colaboración internacional de grupos líderes en terapia génica y ciencia de la visión, incluido el grupo de George Church en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard y la Facultad de Medicina de Harvard (HMS) y el grupo de Constance Cepko en HMS, desarrolló una estrategia de «inmunomodulación acoplada» en la que se incorporan secuencias inhibidoras de TLR9 cortas directamente en el genoma de AAV mucho más largo que contiene secuencias de ADN terapéuticas. Investigado en diferentes tejidos de ratones, así como en tejidos oculares de cerdos y primates no humanos, el enfoque mostró un amplio potencial antiinmunogénico. Es importante destacar que el estudio también destaca que las vías distintas de la activación de TLR9 probablemente contribuyan a la inflamación en el modelo altamente inmunogénico de inyecciones intravítreas de AAV en macacos. El trabajo se publica en Science Translational Medicine.
El proyecto se inició en el grupo de George Church en el Instituto Wyss y el HMS. Church, Ph.D., es miembro del cuerpo docente del Instituto Wyss y dirige la plataforma de Biología Sintética del Instituto. También es profesor de Genética en la Facultad de Medicina de Harvard y de Ciencias de la Salud y Tecnología en Harvard y los Institutos Tecnológicos de Massachusetts (MIT).
Encubrimiento de AAV mediante inmunomodulación acoplada
«Nuestra hipótesis que pequeños fragmentos de ADN que se unen e inhiben la activación de TLR9, incluidas las secuencias de ADN de los extremos de los cromosomas humanos llamados telómeros, serían una forma de ocultar el genoma de AAV de este mecanismo de vigilancia inmunológica cuando se incorporan directamente en él», dijo el primer y coautor correspondiente Ying Kai Chan, Ph.D., ex becario postdoctoral que trabajó con Church y director científico en Ally Therapeutics, y actualmente investigador visitante en Wyss. Chan y Church son ambos cofundadores de la empresa emergente de terapia génica de Wyss, Ally Therapeutics.
El equipo comenzó generando una serie de secuencias de «oligonucleótidos inhibidores de la inflamación» (IO) de ADN sintético, cada una de las cuales lleva un parte unida a una de las diferentes secuencias inhibidoras de TLR9, y probaron sus efectos en células cultivadas. La presencia de secuencias inhibidoras de TLR9 amortiguó la respuesta inflamatoria hasta en un 95 %. Cuando se incorporaron directamente como una serie en tándem en un vector AAV, los IO amortiguaron las respuestas inmunitarias innatas en las células inmunitarias humanas primarias en comparación con un vector no modificado
Para probar la estrategia en AAV in vivo, los investigadores administraron AAV como un tratamiento sistémico o localmente en tejido muscular de ratones. Los virus de control que carecían de secuencias IO inducían respuestas de interferón antiviral y la infiltración de células inmunitarias innatas en el hígado, y conducían a la infiltración y activación de células T citotóxicas en los tejidos musculares. Estos efectos estaban ausentes en los ratones mutantes que carecían de una vía TLR9 funcional, lo que demuestra que TLR9 era de hecho un regulador clave de la inflamación inducida por AAV. Es importante destacar que los efectos se bloquearon o se redujeron mucho en los ratones que recibieron AAV diseñados que contenían secuencias IO en sus genomas, y la estrategia de inmunomodulación acoplada mejoró la expresión del transgén que administró el virus, lo que indica una eficacia potencialmente mayor.
Investigando la inmunomodulación acoplada en el ojo
El ojo a menudo se describe como un sitio inmunoprivilegiado debido a la presencia de una barrera hematorretiniana que limita la entrada de células inmunitarias y de factores inmunosupresores. Sin embargo, múltiples ensayos clínicos han informado inflamación intraocular después de la administración de dosis terapéuticamente relevantes de AAV en el ojo, lo que demuestra un límite para el privilegio inmunitario. La mayoría de las terapias génicas oculares basadas en AAV se aplican directamente a la retina (inyección subretiniana). La administración de AAV a la cavidad vítrea (inyección intravítrea) del ojo es muy deseable ya que sería menos invasiva y potencialmente permitiría dirigirse a más células, pero desafortunadamente es altamente inflamatoria.
Usando imágenes in vivo e inmuno técnicas de caracterización celular después de la inyección intravítrea del virus AAV en ratones, el equipo demostró que la incorporación de secuencias IO en el genoma del virus redujo la inflamación y el número de poblaciones de células T infiltrantes en el ojo en comparación con los AAV no modificados. Esto coincidió además con un aumento múltiple en la expresión del gen reportero codificado por vector en la retina.
A continuación, el equipo estudió su estrategia de inmunomodulación acoplada en modelos animales grandes, primero en cerdos a través de inyecciones subretinianas y luego en monos macacos a través de inyecciones intravítreas. «Descubrimos que la estrategia mejoró distintas patologías provocadas por los virus AAV de control en cerdos, incluido el acortamiento de las células fotorreceptoras esenciales para una visión de alta agudeza», dijo Sean Wang, MD, quien colaboró con Chan como estudiante de medicina en el grupo de Cepko. También encontraron que la infiltración de la capa de fotorreceptores de la retina por células inmunitarias, incluidas la microglía y las células T, se rescató sustancialmente.
«En los macacos que recibieron AAV diseñados y controlados a través de inyecciones intravítreas, estos efectos inmunosupresores desafortunadamente no fueron tan pronunciados, aunque vimos que el enfoque de inmunomodulación acoplada retrasó los síntomas clínicos de uveítis provocados por el virus de control y permitió duplicar la expresión de un gen terapéutico», dijo Wang. Además, el uso de inmunosupresión sistémica profiláctica no pudo prevenir la uveítis observada, lo que demuestra que los desafíos de inmunogenicidad para esta vía son más complejos.
«Los resultados de la toxicidad intravítrea inducida por AAV y la modesta respuesta a la secuencia de bloqueo de TLR9 y a los esteroides, indican que hay más de un mecanismo que conduce a la toxicidad de este sitio de inyección. Ahora podemos seguir adelante con esta comprensión y buscar vías adicionales», dijo Cepko, Ph.D., profesor de Bullard de Genética y Neurociencia en el Instituto Blavatnik en HMS, e Investigador del Instituto Médico Howard Hughes y miembro del Instituto de Células Madre de Harvard.
«Cada modalidad terapéutica novedosa que logra el éxito inicial en la clínica tiene que lidiar con los problemas emergentes antes de que pueda implementarse ampliamente, y la terapia génica AAV no es una excepción.Nuestro trabajo representa un paso crítico en el desarrollo de vehículos AAV de próxima generación que son más seguros y más eficientes. efectivo», dijo Chan.
«Esta importante colaboración iniciada por Wyss entre los principales expertos en biología sintética, ciencia de la visión y terapia génica abre una nueva dirección en la ingeniería AAV que, en última instancia, podría ayudar a que las terapias génicas sean más seguras y eficaces a través de la ingeniería del genoma viral dirigida», dijo el director fundador de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital Infantil de Boston, y profesor de Bioingeniería en la Universidad de Harvard John A. Escuela Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
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Los investigadores demuestran la ingeniería guiada por máquina de las cápsidas de AAV Más información: YK Chan el al., «Ingeniería de vectores virales adenoasociados para evadir respuestas inmunitarias e inflamatorias innatas». Ciencia Medicina Traslacional (2021). stm.sciencemag.org/lookup/doi/ … scitranslmed.abd3438 Información de la revista: Science Translational Medicine
Proporcionado por la Universidad de Harvard Cita: Una nueva visión para las terapias génicas proporcionadas por AAV (2021, 10 de febrero) recuperado 30 Agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-vision-aav-delivered-gene-therapies.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.