Super Pagpapasigla ng Gene Therapy gamit ang mga Electric Pulse

Pagpapabuti ng Gene Therapy

In Disyembre 2023, ginawa ng FDA ang kasaysayan sa pamamagitan ng pag-apruba ng unang gene therapy para sa sakit na sickle cell disease. Ito ay isang malaking rebolusyon at nagbukas ng daan para sa mas marami pang gene therapy para sa iba pang mga hindi magagamot na sakit.

Isa sa mga kahirapan sa lahat ng gene therapy na pamamaraan ay ang pagdadala ng sapat na genetic material papunta sa target na selula. Maaari itong magdulot ng maraming isyu, mula sa napakababang antas ng gene modification na hindi epektibo bilang gamot hanggang sa hindi tinatarget na mga selula na nababago o mga reaksiyong immune at mga side effect mula sa sobrang konsentradong dosis. At, siyempre, ang paggamit ng higit sa kinakailangang gene editing na gamot ay magastos.

Sa kabutihang palad, maaaring nakahanap na ang mga mananaliksik ng paraan upang lutasin ito, gamit ang mga electric pulse upang mapataas ang kahusayan ng gene transformation ng 40 beses.

Elektrisidad para sa Gene Editing

Using electricity for gene modification is not really a new concept in itself, kung saan ang electroporation ay isang napakatandang pamamaraan na ginagamit upang lumikha ng mga GMO. 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.

Pinagmulan: Thermo Fisher

What the researchers at the University of Wisconsin–Madison have discovered is that gene therapies can be improved with a short pulse of electricity instead. This was done in collaboration between University of Wisconsin–Madison researchers ( Susan Hagness and John Booske and PhD student Yizhou Yao) and  Hans Sollinger, a world-renowned transplant surgeon.

Pinagmulan: 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.

“Ang aming pinag-uusapan ay lokal, target na paghahatid at kung may paraan ba para maipasok ang DNA ng paggamot direkta sa atay nang hindi ito pinapadaan sa buong katawan at nagti-trigger ng immune system.

At kung maaari naming gamitin ang mga electric pulse upang gawing mas epektibo ang prosesong ito at dramatikong mabawasan ang kinakailangang dosis.” – Pr. Susan Hagness

Pagaling ng Diabetes gamit ang Electric Gene Therapy?

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.

Ito ang layunin ng mga mananaliksik: ipasok sa mga selula ng atay ng tao ang gene na responsable sa paggawa ng insulin. Sa paggawa nito, maaari nilang ayusin ang kakayahan ng produksyon ng insulin sa mga pasyente ng Type-1 diabetes. Magreresulta ito na ang atay ng pasyente, sa halip na ang pancreas, ang magpo-produce ng kinakailangang insulin.

Upang subukan kung maaaring mapataas ng kuryente ang genetic transformation, gumamit sila ng gene na nagkokodigo para sa fluorescent protein. Kung ang selula ay na-transform at nagdadala ng bagong gene, magliliwanag ito sa ilalim ng espesyal na mikroskopyo.

Pinagmulan: PLOS

Kapag ginamit lamang ang viral vector (“b”), kakaunti lamang ang porsyento ng mga selula ng atay ang na-transform, isang kilalang isyu na pumipigil sa ganitong uri ng therapy na maging medikal na kapaki-pakinabang.

Gayunpaman, kapag na-expose sa electric pulse (“c”), 40 beses na mas maraming selula ang nakapaloob ang bagong genetic material.

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

Ang Susunod na Mga Hakbang

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

Ang mga susunod na hakbang ay dapat kumpirmahin kung ang pinahusay na transformation ay maaaring iangkop sa isang aktwal na medikal na protocol.

Ang proof of concept na ito ay ginawa sa cultured cells sa petri dish. Kaya, kailangan pang patunayan na gumagana rin ito sa buong atay at sa isang buhay na hayop. Sa parehong paraan, sa hinaharap, kailangan patunayan na ito ay ligtas na magamit sa buhay na atay ng tao.

Pinagmulan: PLOS

Isa pang bagay ay subukan kung ang transformation ng selula ng atay ay magdudulot ng matatag, stable, at self-regulated na produksyon ng insulin. Tanging kapag nangyari ito ay magiging magandang kandidato ito para sa pagpapagaling ng Type-1 diabetes.

Ang paggamit ng iba’t ibang haba at intensidad ng mga electric pulse at pagsubok sa ibang organ at uri ng selula ay magiging kapaki-pakinabang din upang maunawaan kung maaaring gawin ito para sa mga selula at organ maliban sa atay.

Sa huli, parehong mga mananaliksik at mga awtoridad regulatori tulad ng FDA ay nais maunawaan kung paano gumagana ang mga electric pulse. Alam na ang mga electric pulse ay maaaring magbukas ng maliliit na butas sa membrane ng selula. Ngunit ang mga virus particle na ginagamit ay mas malaki kaysa sa mga butas na iyon. Kaya hindi malinaw kung ano ang nangyayari, at bakit ang virus ay mas epektibo sa pag-inject ng gene ng fluorescent protein dahil sa mga electric pulse.

Kawili-wili, maaaring magpahiwatig ito na may ganap na ibang mekanismo na gumagana, na hindi pa alam ng mga mananaliksik.

Mga Kumpanya ng Gene Therapy

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.

Ang pagtuklas ng kahusayan ng electric pulse sa pagpapataas ng viral-vector gene therapy ay maaaring magbigay ng malaking tulak sa larangang ito. Kamakailan, ito ay bahagyang natabunan ng tagumpay ng CRISPR-based therapy.

This was largely due to the low transformation efficiency of viral-based therapies.

Sa pagresolba ng isyung ito, maaaring magkaroon ng hindi inaasahang pagbabalik ang virus-based gene therapy sa unahan ng potensyal na mga himalang lunas ng gene therapy.

1. Voyager Therapeutics

Ang biotech startup na ito ay nagdadalubhasa sa pagdidisenyo ng Adeno-Associated Viruses (AAV) vector engineering. Ito ay nagde-develop ng susunod na henerasyon ng AAV capsids para sa gene therapies.

Isang pangunahing teknolohiya ng kumpanya ay TRACER (Tropism Redirection of AAV by Cell-type-specific Expression of RNA), isang platform na nagpapahintulot sa kanila na mabilis na matuklasan ang mga bagong AAV “with robust penetration of the blood-brain barrier”.

Nagbibigay ito sa Voyager ng malakas na kalamangan sa mga gene therapies na nakatuon sa utak at nervous system, na karaniwang mahirap maabot ng tradisyonal na gamot at gene therapies.

Gene Therapy: direct injection (Intra-Parenchymal, Intra-Cerebro Ventricular, Intra-Thecal, Intra-Cisterna Magna) can result in patchy delivery, inadequate brain distribution, low transduction efficiencies, and safety concerns.

Ang pokus na ito ay nagtaas ng profile ng kumpanya, na may mga partnership na nilagdaan sa ilang malalaking pharmaceutical companies, kabilang ang Sangamo at Novartis. Ang pakikipagtulungan ng Novartis at ang kasunduan sa lisensya ng capsid ay nagkakahalaga ng $1.3 bln sa Voyager para sa pag-develop ng gene therapies para sa Huntington’s disease at SMA. And the two Neurocrine Biosciences partnerships could yield as much as $5.5B if they reach all their milestones.

Pinagmulan: Voyager

Ang company’s R&D pipeline ay most advanced on Alzheimer’s disease, with other research programs on ALS, Huntington’s disease, Parkinson’s, Friedreich’s Ataxia, SMA, and prion disease.

Pinagmulan: Voyager

Considering that the electric pulse gene therapy experiment used adeno-associated virus vectors (AAV8), it is reasonable to expect that improved efficiency could also work on Voyager’s AAV proprietary strains.

However, further testing on the safety of the micro electric pulses used would be needed, as most of Voyager potential therapies are targeting the nervous system.

2. Bluebird Bio

Together with CRISPR Therapeutics, Bluebird was a company granted approval in Disyembre 2023 for a gene therapy on sickle cell disease, under the commercial name Lyfgenia. The same therapy is also approved for beta-thalassemia, under the commercial name Zynteglo.

Lyfgenia didn’t make use of CRISPR. Instead, it went the traditional route of gene therapy treatment by utilizing a lentiviral vector (LVV), a family of viruses, to modify genes.

Here, the blood stem cells of SDC patients are genetically modified to produce a special hemoglobin HbAT87Q which functions much like any normal adult hemoglobin but is gene-therapy derived and delivered to the patient.

The company’s success in approval of Lyfgenia has not really translated into success for its stock price. However, the success of the company in getting 3 approved gene therapies using LVV is an indication of its expertise in using viruses for gene therapy.

It could be that electric pulses boosting efficiency 40 times and improving the targeting of gene therapy is the key to unlocking LVV for many more applications. The company is now going to get revenues from its $3.1M a piece Lygenia therapy and already has enough cash runway to last until 2026. So investors willing to take a chance might see the fortune of the company and its stock price turning.