克服血脑屏障阻隔 新型递送技术助力帕金森基因疗法

2020-03-23 编者:小麦 905

近日,一项对老鼠的研究表明,一种利用微泡和超声波的新技术可以为基因治疗传递到中枢神经系统提供便利。研究发现,这项技术对小鼠有神经保护作用,而那些接受治疗的帕金森小鼠模型在运动功能测量方面有改善。这项研究发表在Journal of Controlled Release杂志上。

 

新型递送策略突破血脑屏障


帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种常见的神经退行性疾病,特征是大脑中产生多巴胺的神经元缺失,是仅次于阿兹海默病的第二大常见慢性进行性神经退行性疾病。临床上表现为静止性震颤、肌张力增高、运动迟缓和姿势平衡障碍等运动症状,以及嗅觉减退、睡眠障碍等非运动症状。

人们提出的一种治疗策略就是利用神经营养因子——促进神经元生长和存活的信号分子。例如,神经胶质细胞来源的神经营养因子(GDNF)和大脑来源的神经营养因子(BDNF)都是由同名基因编码的蛋白质。

理论上,这些因素可以通过基因疗法进行治疗。实质上,这涉及到将基因传递给大脑中的神经细胞,让它们制造更多的蛋白质,从而达到治疗效果。然而,使用针对大脑神经细胞的基因疗法存在一个问题:血脑屏障,顾名思义,它可以阻止许多物质从血液进入中枢神经系统。虽然这有助于保护脆弱的神经系统免受损伤和感染,但却很难对大脑进行治疗,因为很难让治疗性化合物(如基因疗法)通过这道半透性屏障。

因此,研究人员开发了一种新的基因治疗技术来克服这个障碍,依靠的是直径小于百分之一毫米的微泡。一个相关基因被插入到一个脂质体中——一个由脂质构成的小泡——它反过来又附着在微泡上,形成脂质体-微泡复合物,再被注射到血液中;然后应用靶向超声,当超声波的声波撞击微泡时,它们振动的方式是这样的:它们在物理上推动血脑屏障,形成缺口,促进基因疗法进入大脑。

研究人员测试了他们的系统,将GDNF、BDNF或两者都递送给小鼠——健康老鼠和接受MPTP神经毒素处理的小鼠,MPTP神经毒素通常用于建立帕金森病的模型。这种给药方法显著提高了小鼠大脑中相应蛋白质的水平。只有微泡和超声波都使用时,才会出现这种增长;在未采用这些方式的实验中没有观察到增加。这表明该系统的功能符合预期。

在帕金森小鼠模型中,GDNF或BDNF基因治疗增加了多巴胺和相关分子的产生,同时降低了产生多巴胺的神经细胞死亡。经过治疗的小鼠在多项运动功能测试中也有显著改善。

联合使用GDNF和BDNF并没有获得比单独使用更大的好处。研究人员认为,这可能是因为像实验中所做的那样将两种基因放在相同的疗法中,可能会分别限制这两种蛋白质的产生。他们写道:“在GDNF/BDNF基因共同表达的情况下,一个潜在的后果是GDNF和BDNF基因表达水平都无法达到治疗水平。”

进一步的研究可能会优化这一系统,以便更详细地探索这些神经营养因子可能如何协同作用或不协同作用。总的来说,这项研究证明了一种新的基因治疗策略在向大脑传递治疗方法方面的潜力。

研究人员表示:“我们的结果表明,无论是GDNF还是BDNF基因载体,都与更大程度的行为纠正和多巴胺能神经元保护有关。”他们还补充说:“该系统对受损神经元具有神经保护作用。这些结果表明,所提出的UTMD(Ultrasound-targeted microbubble destruction,超声靶向的微泡)基因传递系统是开发治疗神经退行性疾病策略的一个有价值的工具。”


基因疗法:帕金森病有潜力的治疗策略


治疗PD的新兴疗法之一是使用基因疗法将多巴胺代谢过程中的关键性蛋白直接运送到基底核中。目前已报道有多项基因治疗PD的临床试验,这些试验包括对症治疗以及疾病修饰治疗。

对症治疗是通过转导参与神经递质合成的基因来增加多巴胺的产生,旨在改善临床症状而不改变疾病进程,包括芳香族L-氨基酸脱羧酶(AADC)基因、谷氨酸脱羧酶(GAD)基因、酪氨酸羟化酶(TH)-AADC-三磷酸鸟苷环水解酶(GCH)基因的体内转移;疾病修饰治疗尝试恢复受疾病过程影响的多巴胺功能神经元功能,包括胶质源性神经营养因子(GDNF)基因和Neurturin基因两种神经营养因子基因的体内转移。

虽然目前针对PD的基因疗法仍处于临床试验阶段,尚未有通过监管批准用于临床的产品。而PD的疾病发生机制非常复杂,导致神经元死亡的分子机制还没有被完全澄清,但是很多研究者认为基因疗法有希望成为PD治疗的一类新药。目前,多数大药厂缩减或退出了中枢疾病药物的研究,但是仍有一些公司正在致力于这一探索。

近日,Prevail Therapeutics开发的一次性基因疗法PR001(AAV9)的1/2期PROPEL试验正在纽约的两个中心进行,评估PR001治疗与GBA1基因突变相关的帕金森病的安全性、耐受性和早期疗效,预计将在2020年下半年公布初步中期结果。这项PR001的首次人体研究(NCT04127578)预计将纳入16名已证实具有GBA1突变的中度至重度帕金森患者。


携带GBA1突变的人患帕金森病的风险高达5倍,事实上,估计有7 - 10%的帕金森病例与GBA1突变有关;PR001以AAV9为载体,为神经细胞提供GBA1基因的完整工作拷贝。值得一提的是,美国FDA于2019年7月授予了PR001快速通道资格,用于治疗与GBA1基因突变相关的帕金森病患者。

2月28日,Biogen和基因编辑技术公司Sangamo Therapeutics达成一项总金额达27.2亿美元的全球独家合作协议,共同开发神经退行性疾病的基因疗法。这两家公司将利用Sangamo专有的锌指蛋白(ZFP)技术,通过腺相关病毒(AAV)来调节与神经疾病相关的关键基因的表达。

根据协议,Biogen获得Sangamo的两个临床前阶段产品(ST-501、ST-502)和一个未披露靶点的神经肌肉疾病项目的全球独家权利。ST-501,基于AAV载体靶向tau蛋白,开发用于治疗包括阿尔茨海默病在内的Tau蛋白病变;ST-502,基于AAV载体靶向α突触核蛋白,开发用于治疗包括帕金森病在内的突触核蛋白病。

此外,Biogen在未来5年还拥有独家选择权利,可以指定最多9个未披露的神经疾病靶点进行合作开发,由Sangamo负责早期发现工作,双方共担成本,之后再由Biogen负责这些项目的IND、临床开发、注册审批和商业化。

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突破血脑屏障,载体很重要


将目的基因转移到靶细胞,需要选择合适的载体,目前对于载体的研究也越来越受到关注。基因转移的载体主要有病毒载体和非病毒载体。腺相关病毒和慢病毒载体是唯一已应用于中枢神经系统临床基因治疗试验的载体。有效的靶向基因递送过程复杂,因为基因载体难以穿透血脑屏障,因此临床实验必须依赖于入侵性脑内基因载体注射。

研究表明非病毒载体,特别是多功能微泡,提供了另一种基因载体的选择,因为微泡可以通过微泡壳修饰而选择性地聚集在目标区域。另外,微泡的物理结构可使它们通过聚焦超声触发在感兴趣的区域释放内化的基因,研究发现聚焦超声波与微泡结合可使血脑屏障无创、局部和可逆性开放,这种技术的出现为基因治疗PD提供一种新的无创治疗途径,可能成为治疗中枢神经系统疾病的一种可行的新技术。


参考出处:

1. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.02.044

2. https://parkinsonsnewstoday.com/2020/03/04/new-gene-therapy-technique-gets-past-blood-brain-barrier-mouse-study-shows/

3. https://parkinsonsnewstoday.com/2020/03/09/enrollment-propel-trial-prevail-gene-therapy-pr001-ongoing-patient-dosing-continuing/


来源:医麦克