Pionierul terapiei genetice Richard Jude Samulski își amintește când a evitat cuvintele „terapie genetică”. La mijlocul anilor 2000, el le-a spus oamenilor că a lucrat la „nanoparticule biologice”, încercând chiar să comercializeze termenul. „Am simțit că aceasta era deghizarea pe care va trebui să o purtăm pentru a merge mai departe”, își amintește Samulski, profesor de farmacologie la Universitatea din Carolina de Nord din Chapel Hill.
Moartea unui adolescent într-un studiu clinic de terapie genică în 1999 și cazurile de leucemie într-un studiu la scurt timp după aproape au stins domeniul, care urmărește să trateze bolile de la rădăcini prin înlocuirea sau contracararea unei gene care funcționează defectuos. Au fost investigații federale, reduceri de finanțare și multă atenție negativă a presei. Cu toate acestea, câțiva cercetători nu s-au oprit niciodată din muncă, uneori din îndârjire și alteori pentru că nu puteau spune nu părinților disperați. „Toată lumea s-a adaptat să facă ceea ce a fost necesar pentru a continua”, spune Samulski.
Pentru a sărbători cea de-a 100-a aniversare, evidențiem unele dintre cele mai mari progrese ale științei din ultimul secol. Pentru a vedea mai multe din serie, vizitați Century of Science.
Povestea terapiei genice are un final fericit. Astăzi, Alianța pentru Medicină Regenerativă listează nouă terapii genetice disponibile la nivel mondial care au fost aprobate de agențiile de reglementare recunoscute la nivel internațional, precum și peste 200 în studii clinice avansate. Domeniul atrage miliarde de dolari în finanțare în fiecare an. Dar trecutul său tumultuos ne amintește că cursul inovației medicale rareori se desfășoară fără probleme.
Totul a început cu mai bine de jumătate de secol în urmă, odată cu descoperirea cuțitelor moleculare și a unui virus care pândește în celulele maimuțelor.
Vectori și eșecuri
În anii 1960, cercetătorii au identificat proteine din bacterii care funcționează ca niște cuțite chimice pentru a tăia ADN-ul în fragmente. Aceste „enzime de restricție” au ridicat posibilitatea uimitoare ca oamenii de știință să descompună ADN-ul și să-l pună la loc. Apoi, în anii 1970, un virus numit SV40, izolat din celulele renale ale maimuțelor, s-a dovedit a fi capabil să livreze material genetic în celulele țintă.
Împreună, descoperirile au sugerat că este posibil să se folosească un vector viral precum un camion molecular FedEx pentru a livra ADN nou în celule pentru a contracara sau înlocui ADN-ul defectuos. Din păcate, SV40 sa dovedit a fi prea nesigur și riscant pentru aplicații medicale. A avut tendința de a introduce bucăți de ADN în locuri care ar putea cauza celulele să devină canceroase. Așa a început vânătoarea de mai multe decenii pentru vectori noi, mai buni.
Două studii inițiale de terapie genică efectuate în Statele Unite în 1989 și 1990 au folosit retrovirusuri modificate, un tip de virus capabil să-și schimbe genele codificate cu ARN în ADN o dată în interiorul unei celule. Ambele tratamente – unul pentru melanom, altul pentru o boală autoimună moștenită numită imunodeficiență combinată severă sau SCID – nu au avut efecte negative, ci doar un succes limitat. În ciuda acestui fapt, în anii 1990 au fost efectuate alte zeci de studii clinice cu retrovirusuri și alți vectori, inclusiv adenovirus, o cauză a răcelii comune. După ce au selectat un virus în funcție de cât de bine ar putea transfera genele în celule, oamenii de știință ar elimina orice gene virale care ar putea provoca boli și apoi ar aborda genele „sănătoase” programate pentru livrare.
În următorii 10 ani, aproape 4.000 de pacienți au fost tratați în 500 de studii, dar practic fără succes.
Între timp, Samulski căuta și alte opțiuni vectoriale. Într-o carte de virologie, el a observat virusul adeno-asociat, sau AAV, enumerat ca un virus care nu provoacă boli la oameni. „A fost un moment eureka”, își amintește el. „Wow, de ce nu folosim așa ceva ca sistem de livrare?”
Până în 1994, Samulski și primul său student absolvent, Xiao Xiao, au arătat că, pe lângă faptul că sunt mai puțin susceptibili de a provoca boli, vectorii AAV aveau o caracteristică cheie, de dorit pentru terapia genică: atunci când AAV-urile au livrat o genă într-o celulă, acea genă era exprimată. pe toata viata animalului.
La început, însă, nimeni nu le-a crezut. Cum ar putea persista vectorul lor viral, în timp ce altele au durat doar câteva săptămâni înainte de a fi distruse de sistemul imunitar? „Primeam atât de multe respingeri”, spune Samulski. Când lucrarea a fost în sfârșit publicată în 1996, multe laboratoare au început să sune și să ceară vectori.
Rezultatele inițiale folosind vectori i-au entuziasmat pe toată lumea. La Universitatea din Pennsylvania, Katherine High și colegii săi au dezvoltat o terapie genetică bazată pe AAV pentru hemofilie, o tulburare de sângerare moștenită care a fost mult timp o țintă atractivă pentru terapia genică, deoarece este cauzată de o singură genă defectuoasă. Terapia a funcționat pe un model de șoarece, apoi pe un model de câine. Era timpul să-l testăm în oameni.
Apoi, în 1999, Jesse Gelsinger a murit.
Gelsinger a fost un adolescent înscris într-un studiu de fază 1 de siguranță la Universitatea din Pennsylvania pentru o terapie genetică pentru a trata o tulburare metabolică moștenită. Tulburarea lui era sub control cu dietă și medicamente, dar a optat să participe pentru a-i ajuta pe alții cu această afecțiune. Gelsinger a murit din cauza unui răspuns inflamator la vectorul adenovirus. Vestea că un tratament experimental a ucis un voluntar altfel sănătos a făcut titluri naționale și a inițiat o investigație a Administrației pentru Alimente și Medicamente în acel studiu și altele.
Apoi, din 2002 până în 2004, cinci dintre cei 20 de copii dintr-un studiu de terapie genică SCID în Europa au dezvoltat leucemie. Vectorul viral s-a integrat în genomul lor alături de o genă care provoacă cancer. Unul a murit.
„Întregul domeniu a intrat într-o epocă întunecată de cinci până la 10 ani”, spune Guangping Gao, director de terapie genetică la UMass Chan Medical School din Worcester, Massachusetts. Gao studia vectorii AAV la UPenn în acel moment, dar nu era implicat. în studiul clinic. „A trecut de la un loc de hype la nicio speranță.”
Cu atâtea eșecuri importante, unele laboratoare s-au închis, altele s-au îndepărtat. Samulski, High și Gao au fost printre puținii care au continuat. „Nu ne-am oprit niciodată cercetările”, spune Gao. „Sunt o persoană foarte captivantă, atât de încăpățânată. Deci, dacă decid ceva, îmi este greu să renunț.”
În Europa, unei echipe care a testat o terapie genetică diferită SCID i sa permis să înscrie doar un pacient la un moment dat. „Ne-a luat opt ani să facem primii 14 pacienți din această cauză”, spune Maria Grazia Roncarolo, care a condus studiul în timp ce se afla la Institutul Telethon pentru Terapie Genetică San Raffaele din Milano. Acum este profesor de pediatrie și medicină la Universitatea Stanford, Școala de Medicină.
Și a existat un grup pivot care nu a abandonat terenul: părinții copiilor bolnavi. Fără alte opțiuni de tratament, părinții apăreau în birourile cercetătorilor, adesea cu copiii lor în cârca, întrebând: „Îmi poți salva copilul?”
De la un firicel la un vuiet
Părinții au finanțat fundații, iar acele fundații au finanțat oameni de știință. „Au ținut în viață laboratoarele care fie urmau să se închidă, fie să meargă acolo unde se făceau bani”, spune Samulski.
Până în 2010, Gao, cercetătorul în terapie genetică James Wilson și colegii săi au identificat noi vectori AAV, oamenii de știință știau mai multe despre cum și unde funcționează vectorii virali în celule, iar laboratoarele au înregistrat succes pe modele animale. „La un moment dat, nu puteai să spui în continuare: „Nu va funcționa”, spune Samulski, care în 2001 a cofondat AskBio, o companie de terapie genetică cu sediul în Carolina de Nord.
Pe baza acelei lucrări preclinice promițătoare, au reluat studiile pe oameni. Mulți au folosit vectori AAV, deși au fost utilizați și alți vectori. În 2009, echipa lui Roncarolo și-a publicat efortul de succes pentru tratarea SCID folosind un vector retroviral fără a provoca leucemie. „Acest studiu a dovedit că ar putea fi sigur, dar, mai important, a dovedit că ar putea vindeca pacienții”, spune ea.
Zeci de companii de biotehnologie s-au alăturat domeniului, iar marile companii farmaceutice au finanțat studii clinice. În 2013, High și colegii au fondat Spark Therapeutics în Philadelphia și au condus o echipă cu Jean Bennett și Albert Maguire la Penn Medicine care a obținut prima aprobare FDA a unei terapii genetice AAV, Luxturna, în decembrie 2017. Tot în 2017, FDA a aprobat două terapii genetice care utilizează celulele imunitare modificate genetic ale pacientului, numite celule CAR-T, pentru a lupta împotriva unor tipuri rare de cancer. Cu un an mai devreme, terapia SCID a lui Roncarolo, Strimvelis, a fost aprobată de Comisia Europeană.
La sfârșitul anului 2021, au existat 46 de terapii genetice în etapa finală, faza 3 a studiilor clinice, inclusiv terapia High pentru hemofilie, o versiune timpurie a cărei versiune a fost testată pentru prima dată pe oameni în urmă cu 20 de ani. În același an, peste 1.220 de studii clinice de terapie genică vizau înscrierea a 90.000 de pacienți din întreaga lume. FDA și Agenția Europeană pentru Medicamente prevăd că vor aproba fiecare 10 până la 20 de terapii genetice și celulare – terapii care transplantează celule, indiferent dacă sunt modificate genetic sau nu, în corpul unui pacient ca tratament – pe an până în 2025.
Fiecare realizare pe teren a fost ca și cum ai urca pe vârful unui munte doar pentru a realiza că este o altă tabără de bază, spune Samulski. Munții actuali includ încercarea de a preveni un răspuns imun toxic care poate apărea ca reacție la doze mari de terapie genetică, creșterea producției de vectori și continuarea vânătorii fără sfârșit pentru sisteme de livrare a genelor mai eficiente.
High, acum președinte al Therapeutics la AskBio, este încântat de noile abordări ale terapiei genice, inclusiv terapiile cu celule CAR-T și editarea genelor cu CRISPR/Cas9. Dar ea speră că cercetătorii pot învăța din trecut: este nevoie de timp și perseverență pentru a dezvolta o nouă clasă de terapii. „Emoția mea este întotdeauna temperată de cunoștințele mele câștigate cu greu”, spune ea.