Генная терапия исследуется как потенциальное средство лечения ряда неврологических заболеваний, включая болезнь Альцгеймера.болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона и спинальная мышечная атрофия. В этих подходах терапевтический генетический материал доставляется к клеткам-мишеням с помощью вектора или носителя. Адено-ассоциированный вирус (AAV) — один из наиболее широко изученных вирусных векторов, поскольку он может трансдуцировать как делящиеся, так и не-делящиеся клетки и был разработан для доставки в ряд тканей.
Однако в неврологических приложениях эффективная доставка генов остается сложной задачей. Центральная нервная система (ЦНС) защищена гематоэнцефалическим барьером, поэтому достижение достаточного и правильно распределенного воздействия вектора как на головной, так и на спинной мозг может оказаться затруднительным. Иммунные реакции на вектор или трансген также могут влиять на эффективность и безопасность. Поэтому приматы, не относящиеся к человеку (NHP), используются в доклинических исследованиях для оценки стратегий доставки, распределения векторов, экспрессии трансгенов и иммунных ответов на животных моделях, имеющих соответствующее анатомическое и физиологическое сходство с людьми.
Доставка AAV в ЦНС
Одной из центральных задач генной терапии ЦНС является достижение достаточного и широкого распространения вектора. Были исследованы несколько путей введения, включая прямое паренхиматозное введение и доставку в спинномозговую жидкость (СМЖ).
Конвекционная-улучшенная доставка (CED)включает введение вектора непосредственно в паренхиму головного мозга под контролируемым давлением. Возникающий в результате конвективный поток может облегчить распространение вектора через целевую ткань. Исследования NHP продемонстрировали экспрессию трансгенов после CED в нескольких областях мозга, включая скорлупу, таламус и кору.
Другой подход заключается во введении AAV непосредственно в спинномозговую жидкость.Интратекальное (ИТ) введениедоставляет вектор в спинномозговую жидкость, окружающую спинной мозг, в то время какинтрацеребровентрикулярное (ICV) введениедоставляет его в желудочковую систему мозга. Оба пути были исследованы на предмет более широкого распространения в ЦНС.
Распределение и клеточный тропизм AAV могут варьироваться в зависимости от капсида и пути введения. В исследовании на яванских макаках сравнивали ИТ и ICV введение AAV9 и AAVrh10. В исследовании сообщалось, что ИТ-введение AAV9 вызывало относительно стабильную экспрессию трансгена в мотонейронах спинного мозга, а также в нейронах и глиальных клетках в нескольких областях мозга. Напротив, AAV9, введенный путем ICV, показал более последовательную экспрессию в головном мозге, тогда как AAVrh10, введенный интратекально, показал ограниченное нацеливание на мотонейроны. Эти результаты иллюстрируют важность рассмотрения как выбора капсида, так и пути введения при разработке терапии AAV, направленной на ЦНС.
Иммунный ответ на генную терапию AAV
Иммунные реакции представляют собой еще один важный момент в генной терапии на основе AAV-. Как врожденные, так и адаптивные иммунные механизмы могут реагировать на вектор, его генетический материал или экспрессируемый трансген. Эти реакции могут влиять на персистенцию переносчиков, экспрессию трансгена и переносимость лечения.
Врожденное иммунное восприятие может включать рецепторы,-распознающие образы, и может приводить к воспалительной передаче сигналов, выработке цитокинов, активации комплемента и другим последующим реакциям. Адаптивный иммунитет может включать выработку антител против капсида AAV и клеточных иммунных ответов против векторных -ассоциированных или трансгенных-антигенов.
На величину и характер этих ответов могут влиять такие факторы, как доза вектора, серотип капсида, путь введения, конструкция генома вектора, промотор, трансген и ранее существовавший иммунитет. Поэтому эти факторы необходимо учитывать при разработке терапии на основе AAV-для конкретных целей ЦНС.
Стратегии управления иммунными реакциями
Было исследовано несколько подходов к снижению или управлению иммунными ответами на векторы AAV. Иммуномодулирующее или иммуносупрессивное лечение, включая кортикостероиды, использовалось в некоторых программах клинических исследований для лечения воспалительных реакций после введения AAV. Однако системноеиммуносупрессияможет нести свои собственные риски и требует тщательного рассмотрения.
Векторная инженерия предлагает еще одну потенциальную стратегию. Модификация капсидов AAV может изменить тропизм тканей и взаимодействие с иммунной системой. Векторная геномная инженерия также может влиять на врожденный иммунитет, а тканеспецифичные или регулируемые промоторы могут помочь контролировать уровень и распределение экспрессии трансгена.
Исследования NHP способствовали пониманию иммунных реакций после введения AAV и предоставили информацию, которая может дополнить результаты исследований на грызунах и in vitro. Исследования NHP также показали, что врожденные иммунные реакции могут возникать после введения в ткани, которые ранее считались относительно иммунопривилегированными, что подчеркивает необходимость учитывать пути- и тканеспецифичные иммунные механизмы во время развития вектора.
Роль NHP в разработке генной терапии ЦНС
Исследования NHP могут предоставить важную полезную информацию при разработке методов лечения неврологических заболеваний на основе AAV-. Помимо оценки распределения векторов и экспрессии трансгенов, исследования NHP можно использовать для изучения процедур введения, взаимосвязей «доза-эффект», биомаркеров и иммунных реакций.
Выбор серотипа AAV, пути введения, дозы и конечных точек исследования должен определяться терапевтической целью и целями разработки. Ожидается, что ни один вектор или стратегия введения не будут оптимальными для всех неврологических заболеваний. Различия в клетках-мишенях, анатомическом распределении, механизме заболевания и необходимом уровне экспрессии генов могут существенно повлиять на соответствующий подход.
Заключение
Генная терапия на основе AAV- имеет значительный потенциал в лечении неврологических заболеваний, но эффективная доставка в ЦНС и управление иммунными реакциями остаются важными проблемами. Исследования NHP могут помочь охарактеризовать эти факторы в модели с соответствующими анатомическими, физиологическими и иммунологическими характеристиками.
Исследования CED, интратекального и интрацеребровентрикулярного введения продемонстрировали, что как путь доставки, так и капсид AAV могут влиять на распределение и клеточное нацеливание терапевтических векторов. В то же время продолжение исследований иммунных реакций и векторной инженерии будет иметь важное значение для повышения безопасности и долговечности генной терапии ЦНС.
Таким образом, хорошо-исследования NHP могут предоставить ценные трансляционные данные для поддержки оптимизации подходов, основанных на AAV-, до их клинической разработки.
