Supercaricare la terapia genica con impulsi elettrici

Migliorare la terapia genica

In dicembre 2023, la FDA ha fatto la storia approvando la prima terapia genica umana per la malattia falciforme. This was quite a revolution and opened the way for much more terapia genica for other incurable diseases.

Una difficoltà in tutte le procedure di terapia genica è ottenere una quantità sufficiente del materiale genetico desiderato consegnato alle cellule bersaglio. Questo può causare molteplici problemi, dalla modifica genica troppo bassa per essere efficace come medicinale alle cellule non mirate che vengono modificate, o reazioni immunitarie e effetti collaterali dovuti a una dose troppo concentrata. E, naturalmente, l’uso di una quantità eccessiva di farmaci di editing genetico è costoso.

Fortunatamente, i ricercatori potrebbero aver trovato un modo per risolvere questo problema, utilizzando impulsi elettrici per aumentare l’efficienza della trasformazione genetica di 40 volte.

Elettricità per l’editing genetico

Using electricity for gene modification is not really a new concept in itself, con l’elettroporazione un metodo molto antico usato per creare OGM. However, in the case of this method, the damage inflicted on the cells by the very high voltage makes it only fit for modifying cell culture, bacteria, or plants, and not the gene inside a living animal or human.

Fonte: Thermo Fisher

Ciò che i ricercatori dell’Università del Wisconsin–Madison hanno scoperto è che le terapie geniche possono essere migliorate con un breve impulso elettrico. Questo è stato realizzato in collaborazione tra i ricercatori dell’Università del Wisconsin–Madison ( Susan Hagness and John Booske and PhD student Yizhou Yao) and  Hans Sollinger, a world-renowned transplant surgeon.

Fonte: University of Wisconsin-Madison

Contrary to the more brutal electroporation method, the electric pulses are very quick, only 80 milliseconds long. They allow for targeting only specific cells. Thanks to mico-electrodes inserted surgically for the duration of the treatment, gene therapy could mostly affect only the organ and cells treated with electricity.

“Ci siamo concentrati sulla consegna locale e mirata e sulla possibilità di introdurre il DNA del trattamento direttamente nel fegato senza farlo passare attraverso l’intero corpo e attivare il sistema immunitario.

E se potessimo utilizzare impulsi elettrici per rendere questo processo di consegna più efficiente e ridurre drasticamente la dose necessaria.” – Prof. Susan Hagness

Curare il diabete con la terapia genica elettrica?

Many new gene therapies rely on CRISPR, a new gene editing tool allowing for the modification of existing genes in a very controlled fashion, often changing just one genetic base. But for the insertion of an entire gene, it is often as good, if not better, to use viral vectors.

Molte nuove terapie geniche si basano su CRISPR, un nuovo strumento di editing genetico che consente la modifica di geni esistenti in modo molto controllato, spesso cambiando una sola base genetica. Ma per l’inserimento di un intero gene, è spesso altrettanto efficace, se non migliore, utilizzare vettori virali.

Questo è ciò che i ricercatori intendono fare: inserire nelle cellule epatiche umane il gene responsabile della produzione di insulina. Così facendo, potrebbero riparare la funzione di produzione di insulina nei pazienti con diabete di tipo 1. Il risultato sarebbe che il fegato del paziente, invece del pancreas, produce l’insulina necessaria.

Per verificare se l’elettricità potesse potenziare la trasformazione genetica, hanno utilizzato un gene che codifica per una proteina fluorescente. Se la cellula è trasformata e contiene il nuovo gene, apparirà fluorescente al microscopio dedicato.

Fonte: PLOS

Quando si utilizza solo il vettore virale (“b”), solo una piccola percentuale delle cellule epatiche è stata trasformata, un problema noto che impedisce a questo tipo di terapia di essere utile dal punto di vista medico.

Tuttavia, quando esposte all’impulso elettrico (“c”), 40 volte più cellule hanno incorporato il nuovo materiale genetico.

In theory, the method could then be adapted to transfer not a gene for a fluorescent protein but a gene for insulin production.

I prossimi passi

The next steps must confirm whether the improved transformation can be adapted into an actual medical protocol.

I prossimi passi devono confermare se la trasformazione migliorata può essere adattata a un vero protocollo medico.

Questa prova di concetto è stata eseguita su cellule coltivate in una piastra di Petri. Pertanto, sarà necessario dimostrare che funzioni anche in un fegato intero e in un modello animale vivo. Allo stesso modo, in futuro, dovrà essere dimostrato che sia sufficientemente sicuro da utilizzare su un fegato umano vivo.

Fonte: PLOS

Un altro aspetto sarà testare se la trasformazione della cellula epatica porta a una produzione di insulina durevole, stabile e autoregolata. Solo allora potrà diventare un buon candidato per curare il diabete di tipo 1.

Utilizzare diverse durate e intensità di impulsi elettrici e testarli su altri organi e tipi cellulari sarà utile per capire se ciò può essere realizzato per cellule e organi diversi dal fegato.

Infine, sia i ricercatori sia le autorità regolatorie come la FDA vorranno comprendere come funzionano gli impulsi elettrici. È noto che gli impulsi elettrici possono aprire microaperture nella membrana cellulare. Tuttavia le particelle virali utilizzate sono molto più grandi di queste aperture. Perciò non è davvero chiaro cosa stia accadendo e perché il virus sia molto più efficiente nell’iniettare il gene della proteina fluorescente grazie agli impulsi elettrici.

Interessante, ciò potrebbe anche implicare l’esistenza di un meccanismo completamente diverso, di cui i ricercatori finora non erano a conoscenza.

Aziende di terapia genica

The discovery of the efficiency of electric pulse in boosting viral-vector gene therapy could give a boost to this field. Lately, it has been a little overshadowed by the success of CRISPR-based therapy.

La scoperta dell’efficienza degli impulsi elettrici nel potenziare la terapia genica con vettori virali potrebbe dare una spinta a questo settore. Recentemente, è stato un po’ oscurato dal successo della terapia basata su CRISPR.

Ciò è stato principalmente dovuto alla bassa efficienza di trasformazione delle terapie basate su virus.

Con questo problema potenzialmente risolto, le terapie geniche basate su virus potrebbero fare un ritorno inaspettato in prima linea tra le potenziali cure miracolose delle terapie geniche.

1. Voyager Therapeutics

Questa startup biotech è specializzata nell’ingegneria di vettori Adeno-Associated Virus (AAV). Sta sviluppando capsidi AAV di nuova generazione per le terapie geniche.

Una tecnologia chiave dell’azienda è TRACER (Tropism Redirection of AAV by Cell-type-specific Expression of RNA), una piattaforma che le consente di scoprire rapidamente nuovi AAV “con una robusta penetrazione della barriera emato‑encefalica”.

Ciò conferisce a Voyager un forte vantaggio nelle terapie geniche focalizzate sul cervello e sul sistema nervoso, che sono solitamente difficili da raggiungere con la medicina tradizionale e le terapie geniche.

Terapia genica: iniezione diretta (Intra-Parenchimale, Intra-Cerebroventricolare, Intra-Tecale, Intra-Cisterna Magna) può portare a una consegna irregolare, una distribuzione cerebrale inadeguata, basse efficienze di trasduzione e problemi di sicurezza.

Questo focus ha aumentato il profilo dell’azienda, con partnership firmate con diverse grandi case farmaceutiche, tra cui Sangamo e Novartis. La collaborazione con Novartis e l’accordo di licenza del capside hanno avuto un valore di 1,3 miliardi di dollari con Voyager per sviluppare terapie geniche per la malattia di Huntington e SMA. E le due partnership con Neurocrine Biosciences (NBIX ) potrebbero generare fino a 5,5 miliardi di dollari se raggiungeranno tutti i loro traguardi.

Fonte: Voyager

Il pipeline di ricerca e sviluppo dell’azienda è più avanzato per la malattia di Alzheimer, con altri programmi di ricerca su SLA, malattia di Huntington, Parkinson, atassia di Friedreich, SMA e malattie da prioni.

Fonte: Voyager

Considerando che l’esperimento di terapia genica con impulsi elettrici ha utilizzato vettori Adeno-Associated Virus (AAV8), è ragionevole aspettarsi che l’efficienza migliorata possa funzionare anche sugli strain AAV proprietari di Voyager.

Tuttavia, sarà necessario ulteriori test sulla sicurezza dei microimpulsi elettrici utilizzati, poiché la maggior parte delle potenziali terapie di Voyager mirano al sistema nervoso.

2. Bluebird Bio

Insieme a CRISPR Therapeutics (CRSP ), Bluebird è stata una società che ha ottenuto l’approvazione nel dicembre 2023 per una terapia genica sulla malattia falciforme, sotto il nome commerciale Lyfgenia. La stessa terapia è approvata anche per la beta-talassemia, sotto il nome commerciale Zynteglo.

Lyfgenia non ha utilizzato CRISPR. Invece, ha seguito la via tradizionale del trattamento di terapia genica utilizzando un vettore lentivirale (LVV), una famiglia di virus, per modificare i geni.

Qui, le cellule staminali del sangue dei pazienti SDC sono modificate geneticamente per produrre un’emoglobina speciale HbAT87Q che funziona come qualsiasi emoglobina adulta normale, ma è derivata dalla terapia genica e somministrata al paziente.

Il successo dell’azienda nell’approvazione di Lyfgenia non si è tradotto realmente in un aumento del prezzo delle sue azioni. Tuttavia, il successo dell’azienda nell’ottenere 3 terapie geniche approvate utilizzando LVV è un’indicazione della sua competenza nell’uso dei virus per la terapia genica.

Potrebbe essere che gli impulsi elettrici, aumentando l’efficienza di 40 volte e migliorando il targeting della terapia genica, siano la chiave per sbloccare LVV per molte altre applicazioni. L’azienda ora otterrà ricavi dalla terapia Lygenia da 3,1 milioni di dollari per dose e dispone già di liquidità sufficiente per durare fino al 2026. Pertanto, gli investitori disposti a correre un rischio potrebbero vedere la fortuna dell’azienda e il prezzo delle sue azioni invertire la rotta.