Новые вирусные векторы для доставки генов успешно проникают в мозг макак

Генная терапия имеет огромный потенциал, однако направленная доставка функционирующих копий генов в те ткани и органы, где они необходимы, — чрезвычайно сложная задача. Векторы на основе аденоассоциированного вируса (AAV) представляются перспективным инструментом для доставки генов в центральную нервную систему после внутривенной инфузии. Клинические и доклинические исследования рекомбинантных AAV (rAAV) с природными серотипами AAV показали многообещающие результаты в лечении расстройств ЦНС, в том числе болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, спинальной мышечной атрофии. Однако природные варианты вируса с трудом проникают через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и накапливаются в печени. Поэтому приходится повышать дозы AAV, чтобы хотя бы небольшая их часть попала в ткань-мишень. В некоторых случаях такие высокие дозы приводили к повреждению печени. Кроме того, переход от тестирования векторов на модельных мышах к экспериментам на обезьянах оказался весьма сложен.

Исследователи из Института Бродов Массачусетского технологического института и Гарварда разработали семейство AAV, способных проникать в такую сложную ткань-мишень, как мозг. Они более чем в три раза лучше доставляют свой важный груз в мозг приматов, чем AAV9, единственный вирусный вектор, проникающий через ГЭБ и одобренный FDA для терапии заболеваний ЦНС.

Чтобы обнаружить AAV, которые преодолевают гематоэнцефалический барьер, ученые использовали стратегию направленной эволюции, реализованную на основе ранее разработанной ими технологии DELIVER. Они сконструировали огромный пул случайно сгенерированных капсидов на основе AAV9. Случайный пептид из 7 аминокислотных остатков был вставлен в гипервариабельную область VR-VIII капсидного белка между остатками Q588 и A589 — как раз в то место, которое располагается на поверхности капсида. Каждый вариант капсида упаковывал свою собственную кодирующую последовательность, что было достигнуто путем фланкирования трансгена инвертированными концевыми повторами (ITR). Чтобы отбирать те варианты капсида, которые преимущественно трансдуцируют нейроны, ученые поместили трансген под контроль промотора нейронспецифического синапсина человека.

Далее исследователи сузили число полученных вариантов капсидов до тех, которые способны проникать в мозг мышей и макак. После двух раундов селекции in vivo на 48 мышах C57BL/6J и BALB/cJ, а также на пяти молодых яванских макаках ученые идентифицировали семейство капсидов, обозначенное PAL. При оценке эффективности нескольких сконструированных rAAV на макаках три варианта капсида PAL (PAL1A-C) первого поколения показали двух-трехкратное увеличение экспрессии мРНК трансгена во всем головном мозге. В эксперименте с одной макакой вариант PAL2 второго поколения продемонстрировал еще большее (в 4–6 раз) повышение экспрессии мРНК трансгена в большинстве областей головного мозга. PAL2 также был в 13 раз более активен, чем AAV9, при трансдукции нейросетчатки. Возможно, системное введение rAAV позволит доставлять гены не только в мозг, но и в сетчатку, например, для лечения болезни Краббе.

В дополнение к повышенному тропизму к ЦНС у макак варианты PAL первого поколения (PAL1A-C) продемонстрировали значительное снижение тропизма к почкам, легким, тимусу и печени макак. Снизилась как доставка генома вектора, так и экспрессия мРНК трансгена. Вектор второго поколения PAL2 также не накапливался в печени.

Ученые обнаружили, что варианты, сконструированные для мышей, не всегда успешно работали в ЦНС макак. В данной работе с помощью DELIVER были отобраны четыре мышиных вектора, которые эффективно трансдуцировали ЦНС двух линий мышей. Однако ни один из них не превзошел AAV9 в трансдукции любой области мозга макаки.

Таким образом, семейство PAL — класс сконструированных для приматов векторов на основе AAV, которые преодолевают гематоэнцефалический барьер эффективнее, чем AAV9, имеют сниженный тропизм к печени и обладают большим терапевтическим потенциалом. Результаты работы также подчеркивают острую необходимость использования соответствующих животных моделей для поиска и оценки новых AAV, предназначенных для доставки генов в ЦНС человека. Такая система доставки однажды может быть использована для терапии трудноизлечимых неврологических заболеваний.

Генная терапия показала эффективность против гемофилии B

Одобрена генная терапия гемофилии B за 3,5 млн долларов