Meningkatkan Terapi Gen dengan Pulsa Listrik

Improving Gene Therapy

In Desember 2023, FDA membuat sejarah dengan menyetujui terapi gen manusia pertama untuk penyakit sel sabit. This was quite a revolution and opened the way for much more terapi gen for other incurable diseases.

Salah satu kesulitan dalam semua prosedur terapi gen adalah memastikan cukup materi genetik yang dimaksud terkirim ke sel target. Hal ini dapat menimbulkan berbagai masalah, mulai dari modifikasi gen yang terlalu rendah untuk efektif sebagai obat, sel yang tidak ditargetkan menjadi termodifikasi, atau reaksi imun serta efek samping akibat dosis yang terlalu pekat. Dan tentu saja, penggunaan obat penyuntingan gen lebih dari yang diperlukan sangat mahal.

Untungnya, para peneliti mungkin telah menemukan cara untuk mengatasi masalah ini, dengan menggunakan pulsa listrik untuk meningkatkan efisiensi transformasi gen hingga 40 kali.

Electricity For Gene Editing

Penggunaan listrik untuk modifikasi gen sebenarnya bukan konsep baru, dengan elektroporasi sebagai metode kuno yang digunakan untuk menciptakan GMO. Namun, dalam metode ini, kerusakan yang ditimbulkan pada sel oleh tegangan sangat tinggi membuatnya hanya cocok untuk memodifikasi kultur sel, bakteri, atau tanaman, dan tidak untuk gen dalam hewan atau manusia yang hidup.

Sumber: Thermo Fisher

Apa yang ditemukan para peneliti di University of Wisconsin–Madison adalah bahwa terapi gen dapat ditingkatkan dengan pulsa listrik pendek. Hal ini dilakukan dalam kolaborasi antara peneliti University of Wisconsin–Madison (Susan Hagness dan John Booske dan mahasiswa PhD Hans Sollinger, seorang ahli bedah transplantasi terkenal di dunia).

Sumber: University of Wisconsin-Madison

Berbeda dengan metode elektroporasi yang lebih brutal, pulsa listrik sangat singkat, hanya 80 milidetik. Mereka memungkinkan penargetan hanya pada sel tertentu. Berkat mikro-elektroda yang dimasukkan secara bedah selama durasi pengobatan, terapi gen dapat terutama memengaruhi hanya organ dan sel yang diperlakukan dengan listrik.

“Apa yang kami mulai bicarakan adalah pengiriman lokal yang ditargetkan dan apakah ada cara untuk menempatkan DNA pengobatan langsung ke hati tanpa melewatinya melalui seluruh tubuh dan memicu sistem imun.

Dan apakah kami dapat menggunakan pulsa listrik untuk membuat proses pengiriman ini lebih efisien dan secara dramatis mengurangi dosis yang diperlukan.” – Prof. Susan Hagness

Curing Diabetes With Electric Gene Therapy?

Banyak terapi gen baru mengandalkan CRISPR, alat penyuntingan gen baru yang memungkinkan modifikasi gen yang ada secara sangat terkontrol, seringkali mengubah hanya satu basa genetik. Namun untuk penyisipan seluruh gen, biasanya lebih baik, bahkan lebih baik, menggunakan vektor virus.

Inilah yang ingin dilakukan para peneliti: menyisipkan ke dalam sel hati manusia gen yang bertanggung jawab atas produksi insulin. Dengan melakukan hal ini, mereka dapat memperbaiki fungsi produksi insulin pada pasien diabetes tipe-1. Hal ini akan membuat hati pasien, bukan pankreasnya, memproduksi insulin yang dibutuhkan.

Untuk menguji apakah listrik dapat meningkatkan transformasi genetik, mereka menggunakan gen yang mengkode protein fluoresen. Jika sel tertransformasi dan membawa gen baru, sel tersebut akan tampak fluoresen di mikroskop khusus.

Sumber: PLOS

Ketika hanya menggunakan vektor virus saja (“b”), hanya persentase kecil sel hati yang tertransformasi, sebuah masalah yang sudah dikenal yang menghalangi terapi semacam ini menjadi berguna secara medis.

Namun, ketika terpapar pulsa listrik (“c”), 40 kali lebih banyak sel yang mengintegrasikan materi genetik baru.

Secara teori, metode ini kemudian dapat disesuaikan untuk mentransfer bukan gen untuk protein fluoresen, melainkan gen untuk produksi insulin.

The Next Steps

Langkah selanjutnya harus memastikan apakah transformasi yang ditingkatkan dapat diadaptasi menjadi protokol medis yang sesungguhnya.

Bukti konsep ini dilakukan pada sel kultur dalam cawan petri. Jadi, perlu dibuktikan bahwa metode ini juga bekerja pada hati secara keseluruhan dan pada model hewan hidup. Demikian pula, di masa mendatang, harus dibuktikan bahwa metode ini cukup aman untuk digunakan pada hati manusia yang hidup.

Sumber: PLOS

Hal lain yang perlu diuji adalah apakah transformasi sel hati menghasilkan produksi insulin yang tahan lama, stabil, dan teratur secara mandiri. Hanya dengan begitu ia dapat menjadi kandidat yang baik untuk menyembuhkan diabetes tipe-1.

Menggunakan panjang dan intensitas pulsa listrik yang berbeda serta menguji pada organ dan tipe sel lain juga akan berguna untuk memahami apakah hal ini dapat dilakukan pada sel dan organ selain hati.

Terakhir, baik peneliti maupun otoritas regulatori seperti FDA ingin memahami cara kerja pulsa listrik. Diketahui bahwa pulsa listrik dapat membuka celah mikro pada membran sel. Namun partikel virus yang digunakan jauh lebih besar daripada celah tersebut. Jadi belum jelas apa yang terjadi, dan mengapa virus menjadi jauh lebih efisien dalam menyuntikkan gen protein fluoresen berkat pulsa listrik.

Menariknya, hal ini juga dapat menunjukkan adanya mekanisme yang sepenuhnya berbeda, yang selama ini belum disadari oleh para peneliti.

Gene Therapy Companies

Penemuan efisiensi pulsa listrik dalam meningkatkan terapi gen berbasis vektor virus dapat memberikan dorongan bagi bidang ini. Baru-baru ini, bidang ini sedikit terpinggirkan oleh keberhasilan terapi berbasis CRISPR.

Hal ini terutama disebabkan oleh efisiensi transformasi yang rendah pada terapi berbasis virus.

Dengan masalah ini berpotensi teratasi, terapi gen berbasis virus dapat kembali secara tak terduga ke garis depan sebagai potensi penyembuhan ajaib terapi gen.

1. Voyager Therapeutics

Startup biotek ini mengkhususkan diri dalam rekayasa vektor Adeno-Associated Virus (AAV). Mereka mengembangkan kapsid AAV generasi berikutnya untuk terapi gen.

Teknologi kunci perusahaan adalah TRACER (Tropism Redirection of AAV by Cell-type-specific Expression of RNA), sebuah platform yang memungkinkan mereka dengan cepat menemukan AAV baru “dengan penetrasi kuat pada penghalang darah-otak”.

Hal ini memberi Voyager keunggulan kuat dalam terapi gen yang berfokus pada otak dan sistem saraf, yang biasanya sulit dijangkau dengan obat tradisional dan terapi gen.

Terapi Gen: injeksi langsung (Intra-Parenkimal, Intra-Cerebro Ventrikular, Intra-Thekal, Intra-Cisterna Magna) dapat menghasilkan pengiriman yang tidak merata, distribusi otak yang tidak memadai, efisiensi transduksi yang rendah, dan kekhawatiran keamanan.

Fokus ini meningkatkan profil perusahaan, dengan kemitraan yang ditandatangani bersama beberapa perusahaan farmasi besar, termasuk Sangamo dan Novartis. Kolaborasi Novartis dan perjanjian lisensi kapsid bernilai $1,3 miliar dengan Voyager untuk mengembangkan terapi gen bagi penyakit Huntington dan SMA. Dan dua kemitraan dengan Neurocrine Biosciences (NBIX ) dapat menghasilkan hingga $5,5 miliar jika semua tonggak tercapai.

Sumber: Voyager

Jalur R&D perusahaan paling maju pada penyakit Alzheimer, dengan program riset lain pada ALS, penyakit Huntington, Parkinson, Ataksia Friedreich, SMA, dan penyakit prion.

Sumber: Voyager

Mengingat eksperimen terapi gen pulsa listrik menggunakan vektor adeno-associated virus (AAV8), wajar untuk mengharapkan bahwa peningkatan efisiensi juga dapat bekerja pada strain AAV proprietari Voyager.

Namun, pengujian lebih lanjut mengenai keamanan pulsa mikro listrik yang digunakan diperlukan, karena sebagian besar terapi potensial Voyager menargetkan sistem saraf.

2. Bluebird Bio

Bersama dengan CRISPR Therapeutics (CRSP ), Bluebird adalah perusahaan yang memperoleh persetujuan pada Desember 2023 untuk terapi gen pada penyakit sel sabit, dengan nama komersial Lyfgenia. Terapi yang sama juga disetujui untuk beta-talasemia, dengan nama komersial Zynteglo.

Lyfgenia tidak menggunakan CRISPR. Sebaliknya, ia mengambil jalur tradisional terapi gen dengan memanfaatkan vektor lentivirus (LVV), sebuah keluarga virus, untuk memodifikasi gen.

Di sini, sel punca darah pasien SDC dimodifikasi secara genetik untuk menghasilkan hemoglobin khusus HbAT87Q yang berfungsi mirip dengan hemoglobin dewasa normal namun berasal dari terapi gen dan diberikan kepada pasien.

Keberhasilan perusahaan dalam persetujuan Lyfgenia belum benar-benar diterjemahkan menjadi keberhasilan harga sahamnya. Namun, keberhasilan perusahaan dalam memperoleh 3 terapi gen yang disetujui menggunakan LVV menunjukkan keahliannya dalam menggunakan virus untuk terapi gen.

Mungkin pulsa listrik yang meningkatkan efisiensi 40 kali dan memperbaiki penargetan terapi gen menjadi kunci untuk membuka potensi LVV bagi lebih banyak aplikasi. Perusahaan kini akan memperoleh pendapatan dari terapi Lygenia senilai $3,1 juta per unit dan sudah memiliki cukup dana operasional hingga 2026. Jadi investor yang bersedia mengambil risiko mungkin akan melihat keberuntungan perusahaan dan harga sahamnya berbalik.