Генная терапия открывает возможности для лечения генетических заболеваний путем доставки терапевтического генетического материала в клетки-мишени. Однако эффективная доставка генов должна преодолеть несколько биологических барьеров, включая иммунное распознавание, клеточное поглощение, внутриклеточный транспорт и эффективную экспрессию терапевтической полезной нагрузки. Поэтому для решения этих проблем были разработаны вирусные и не-вирусные векторы.
Среди вирусных векторов адено-ассоциированный вирус (AAV) стал важной платформой для доставки генов in vivo. Векторы AAV могут трансдуцировать как делящиеся, так и неделящиеся клетки и поддерживать устойчивую экспрессию трансгена. Различные капсиды AAV также обладают различным тканевым тропизмом, что дает возможность разрабатывать векторы для конкретных органов и типов клеток.
Тем не менее подходы на основе AAV-имеют важные ограничения. К ним относятся относительно небольшая упаковочная способность AAV, уже существующий иммунитет к некоторым капсидам, иммунные реакции после введения и проблемы, связанные с достижением эффективной и достаточно специфичной доставки в определенные ткани. Эти ограничения привели к постоянным усилиям по улучшению конструкции и производительности векторов AAV.
Почему NHP важны в исследованиях AAV?
Нечеловекообразные приматы (NHP) могут предоставить ценную трансляционную информацию при разработке методов лечения на основе AAV-из-за их сходства с людьми в анатомии, физиологии, генетике и иммунной биологии. Исследования NHP можно использовать для оценки биораспределения векторов, тканевой трансдукции, экспрессии трансгенов, фармакологической активности и иммунных ответов in vivo.
Важно отметить, что эффективность капсида AAV может существенно различаться у разных видов. Вектор, демонстрирующий сильный тропизм у грызунов, может не проявлять такого же профиля распределения или трансдукции у приматов. Таким образом, исследования NHP могут предоставить дополнительную информацию при оценке того, обладает ли вектор AAV характеристиками, подходящими для дальнейшей разработки.
Разработка новых капсидов AAV
Одним из основных направлений исследований AAV является разработка капсидов с улучшенным тропизмом к тканям и эффективностью трансдукции. Исследователи использовали такие подходы, как направленная эволюция, рациональный дизайн и пептидный дисплей, для создания вариантов AAV с измененными биологическими свойствами.
Эти подходы направлены на улучшение доставки в определенные ткани, включая центральную нервную систему, печень, сердце и сетчатку, при этом потенциально уменьшая нежелательное распространение в тканях или иммунное распознавание. Исследования NHP могут помочь определить, применимы ли свойства, наблюдаемые на более ранних-этапах скрининга, к более крупной модели на животных, имеющей большее физиологическое значение для человека.
Тканеспецифичная и регулируемая экспрессия генов-
Эффективность вектора зависит не только от выбора капсида, но и от того, как терапевтический ген экспрессируется после доставки. Промоторные и регуляторные элементы могут быть сконструированы таким образом, чтобы влиять на уровень и клеточную специфичность экспрессии трансгена.
Ткане- или-специфические промоторы могут помочь ограничить экспрессию намеченными клетками-мишенями, а индуцируемые регуляторные системы могут обеспечить дополнительный контроль над временем или уровнем экспрессии. Эти стратегии могут улучшить терапевтическое окно за счет ограничения экспрессии в не-тканях-мишенях.
Исследования NHP могут быть полезны для оценки распределения и специфичности экспрессии трансгена in vivo, особенно когда активность промотора и биология тканей различаются у разных видов.
Редактирование генома AAV и CRISPR-Cas9
Векторы AAV также можно использовать для доставки компонентов систем редактирования генома,-таких как CRISPR-Cas9. Вместо того, чтобы просто предоставить функциональный ген, редактирование генома на основе AAV- направлено на изменение определенной геномной последовательности в клетках-мишенях.
В доклинических исследованиях изучались подходы к редактированию генома с помощью AAV-доставки- таких заболеваний, как мышечная дистрофия Дюшенна, гемофилия, кистознаяфибрози наследственные заболевания сетчатки. Исследования NHP могут предоставить важную информацию об эффективности доставки, активности редактирования, распределении в тканях и иммунных реакциях перед клиническим переводом.
Однако подходы CRISPR, основанные на AAV-, сталкиваются с дополнительными проблемами, включая ограничения упаковки векторов AAV, потенциальное не-редактирование, иммунные реакции против компонентов вектора или редактирования белков, а также необходимость достижения достаточной эффективности редактирования в соответствующих клетках-мишенях.
Роль исследований NHP в развитии AAV
Развитие вектора AAV все чаще требует комплексной оценки биологии капсида, распределения в тканях, экспрессии трансгена, фармакологической активности и иммуногенности. Модели NHP могут дополнять исследования in vitro и на грызунах, предоставляя трансляционную информацию, которую может быть трудно получить из других моделей.
Соответствующие виды NHP, путь введения, доза, стратегия отбора проб и конечные точки должны быть определены в зависимости от вектора, ткани-мишени, терапевтического механизма и стадии развития. Таким образом, исследования NHP наиболее информативны, когда они включены в более широкую доклиническую стратегию, предназначенную для решения конкретных вопросов развития.
Поскольку технологии AAV продолжают развиваться, достижения в области капсидной инженерии, регуляторных элементов и систем-редактирования генома могут расширить потенциальные возможности применения генной терапии. Хорошо-исследования NHP могут помочь охарактеризовать эти технологии и предоставить важные данные для их дальнейшего развития.
