Superlading av genterapi med elektriske pulser

Forbedring av genterapi

I desember 2023 godkjente FDA de første genterapiene mot sigdcellesykdom. Casgevy var dessuten den første FDA-godkjente behandlingen basert på CRISPR. Godkjenningene viste nye muligheter for genterapi mot alvorlige sykdommer.

En utfordring ved genterapi er å levere tilstrekkelig genetisk materiale til de riktige cellene. For lite materiale kan gi utilstrekkelig effekt, mens høye doser kan øke risikoen for immunreaksjoner og andre bivirkninger. Det er også viktig å unngå påvirkning av andre celler. Unødvendig høye doser kan dessuten gjøre behandlingen dyrere.

Forskere har undersøkt om elektriske pulser kan forbedre genleveringen. I et laboratorieforsøk ga pulsene kraftig økt uttrykk av et fluorescerende markørprotein. Dette er et lovende forsøksresultat, men ikke dokumentasjon på en tilsvarende forbedring av behandling hos pasienter.

Elektrisitet for genlevering

Elektriske felt har lenge vært brukt til å føre genetisk materiale inn i celler, blant annet gjennom elektroporasjon. Feltstyrke og pulsvarighet må tilpasses for å begrense celleskade. Metoden er ikke prinsipielt begrenset til bakterier, planter eller cellekulturer, men bruk i levende vev krever særskilt dokumentasjon av sikkerhet og effekt.

Kilde: Thermo Fisher

Forskere ved University of Wisconsin–Madison undersøkte om en kort elektrisk puls kunne forbedre genlevering med virusvektorer. Arbeidet omfattet Susan Hagness, John Booske og doktorgradsstudent Yizhou Yao. Prosjektet sprang ut av et tidligere samarbeid med transplantasjonskirurgen Hans Sollinger.

Kilde: University of Wisconsin-Madison

Forsøket brukte én elektrisk puls på 80 millisekunder i en dyrket leverkreftcellelinje. Bare området mellom elektrodene fikk full feltstyrke. Lokal behandling kan derfor være et mulig utviklingsspor, men kirurgisk innsetting av mikroelektroder i pasienters organer ble ikke utprøvd i denne studien.

«Vi begynte å snakke om lokal, målrettet levering og om det fantes en måte å få behandlings-DNA direkte inn i leveren på uten å sende det gjennom hele kroppen og aktivere immunforsvaret.

Og om vi kunne bruke elektriske pulser for å gjøre denne leveringsprosessen mer effektiv og redusere den nødvendige dosen betydelig.» – professor Susan Hagness

Kan elektrisk støttet genterapi brukes mot diabetes?

Noen genterapier bruker CRISPR til å endre bestemte DNA-sekvenser. Andre tilfører en fungerende genkopi, for eksempel ved hjelp av virusvektorer. Valget av metode avhenger av sykdommen og hvilke celler og genetiske endringer behandlingen skal rette seg mot.

Den langsiktige ideen bak prosjektet er å tilføre leverceller genetisk materiale som gjør dem i stand til å produsere insulin. Målet ville være å kompensere for tapet av insulinproduksjon i bukspyttkjertelen ved type 1-diabetes. Studien dokumenterte ikke at denne behandlingen var effektiv eller sikker hos mennesker.

For å undersøke genleveringen brukte forskerne et gen som koder for et grønt fluorescerende protein. Celler som uttrykker dette genet, kan identifiseres med et fluorescensmikroskop.

Kilde: PLOS

Med virusvektoren alene, vist i bilde «b», uttrykte omtrent 15 prosent av de observerte cellene markørproteinet.

Etter den elektriske pulsen, vist i bilde «c», uttrykte nesten alle cellene i det behandlede området markøren. Universitetets omtale beskrev rundt 40 ganger mer fluorescerende protein; dette betyr ikke at 40 ganger så mange celler var genmodifisert.

På lengre sikt kan forskerne undersøke om prinsippet kan brukes til å levere et gen knyttet til insulinproduksjon i stedet for genet for et fluorescerende markørprotein.

Neste steg

Videre forskning må avklare om den forbedrede genleveringen kan inngå i en trygg og effektiv medisinsk behandling.

Prinsippforsøket ble utført på HepG2-celler, en dyrket menneskelig leverkreftcellelinje. Det gjenstår å undersøke om metoden fungerer i levende levervev og dyremodeller, og deretter om den kan brukes trygt hos mennesker.

Kilde: PLOS

Forskerne må også undersøke om genlevering til leveren kan gi stabil, langvarig og riktig regulert insulinproduksjon. Slike resultater ville være nødvendige før metoden kunne vurderes som en mulig behandling mot type 1-diabetes.

Forsøk med andre pulsvarigheter og feltstyrker, samt andre celletyper og organer, kan bidra til å avklare hvor bredt metoden kan brukes.

Virkningsmekanismen må også forstås bedre. Elektriske pulser kan åpne små porer i cellemembranen, men viruspartiklene har egne mekanismer for å komme inn i celler. Forskerne visste derfor ikke om poredannelsen forklarte forbedringen direkte, indirekte eller bare delvis.

Resultatene gir dermed grunnlag for videre undersøkelser av hvordan elektriske felt påvirker virusbasert genlevering.

Selskaper innen genterapi

Forbedret genlevering med elektriske pulser kan bli relevant for selskaper som utvikler virusbasert genterapi. Studien gir imidlertid ikke grunnlag for å konkludere med at bestemte selskapers behandlinger vil få samme effekt.

Effektiv levering til målcellene er én av flere utfordringer. Immunreaksjoner, dosering, produksjon og sikkerhet er også viktige.

Virusvektorer er allerede en sentral del av genterapifeltet. Dersom forsøksresultatene kan overføres til klinisk bruk, kan de bidra til å forbedre enkelte behandlinger.

1. Voyager Therapeutics

Bioteknologiselskapet Voyager Therapeutics utvikler blant annet vektorer basert på adenoassosiert virus, forkortet AAV. Et viktig forskningsområde er nye kapsider, proteinhylstrene som omgir virusets genetiske materiale.

En sentral teknologi er TRACER (Tropism Redirection of AAV by Cell-type-specific Expression of RNA). Plattformen brukes til å identifisere AAV-kapsider med ønskede egenskaper, blant annet evne til å passere blod-hjerne-barrieren i prekliniske modeller.

Dette er relevant for utvikling av behandlinger rettet mot hjernen og nervesystemet. Blod-hjerne-barrieren gjør det vanskelig å levere mange legemidler dit, men gode prekliniske resultater garanterer ikke effekt hos pasienter.

Genterapi: Direkte injeksjon i hjernevev, hjerneventrikler, spinalvæsken eller cisterna magna kan gi ujevn levering, utilstrekkelig fordeling i hjernen, lav genoverføringseffektivitet og sikkerhetsutfordringer.

Voyager har inngått samarbeid med blant andre Sangamo og Novartis. Avtalen med Novartis om samarbeid og kapsidlisenser omfattet opptil 1,3 milliarder dollar inkludert betingede betalinger knyttet til blant annet Huntingtons sykdom og spinal muskelatrofi, SMA. De to samarbeidene med Neurocrine Biosciences (NBIX ) kunne gi opptil 5,5 milliarder dollar i milepælsbetalinger dersom alle relevante vilkår ble oppfylt.

Kilde: Voyager

I 2024 omfattet selskapets utviklingsportefølje blant annet Alzheimers sykdom. Andre forskningsprogrammer var rettet mot ALS, Huntingtons sykdom, Parkinsons sykdom, Friedreichs ataksi, SMA og prionsykdommer.

Kilde: Voyager

Forsøket med elektriske pulser brukte AAV8. Det gir et utgangspunkt for å undersøke andre AAV-vektorer, men viser ikke at Voyagers egne kapsider vil få den samme forbedringen.

Effekt og sikkerhet må undersøkes særskilt for hvert bruksområde. Dette er særlig viktig dersom elektriske pulser skal brukes i nervesystemet, som mange av Voyagers programmer er rettet mot.

2. Bluebird Bio

I desember 2023 fikk både en behandling utviklet av Vertex og CRISPR Therapeutics (CRSP ) og en behandling fra bluebird bio FDA-godkjenning mot sigdcellesykdom. Bluebirds behandling ble godkjent under denne ordningen med navnet Lyfgenia. Selskapet hadde også en separat godkjent genterapi mot betatalassemi, Zynteglo.

Lyfgenia bruker ikke CRISPR. Behandlingen benytter en lentivirusvektor til å tilføre genetisk materiale til pasientens egne blodstamceller utenfor kroppen, før de behandlede cellene føres tilbake.

Stamcellene modifiseres slik at røde blodceller som utvikles fra dem, produserer hemoglobinvarianten HbAT87Q. Denne varianten er utviklet for å motvirke at cellene får den karakteristiske sigdformen.

En regulatorisk godkjenning garanterer ikke økonomisk suksess eller en høyere aksjekurs. Innen 2024 hadde bluebird bio fått tre lentivirusbaserte genterapier godkjent, noe som viste selskapets erfaring med denne typen behandling.

Om elektriske pulser kan forbedre lentivirusbasert genlevering, må undersøkes separat; forsøket med AAV8 dokumenterer ikke dette. Lyfgenia hadde ved lanseringen en oppgitt amerikansk listepris på 3,1 millioner dollar per behandling, men listepris er ikke det samme som nettoinntekt. Selskapets finansiering og likviditet var også viktige usikkerhetsfaktorer. Forventninger om at midlene kunne rekke til første kvartal 2026 var betinget av ytterligere tilgjengelige lånetransjer og forutsetninger om driften.