直搗基因療法核心挑戰!合成生物學之父開發降低免疫反應的病毒載體

0

腺相關病毒(Adeno-associated viral, AAV)廣泛使用在基因療法作為載體,傳遞目標基因,因具備安全性、大組織趨向(broad tissue tropism)、低致病性以及高效且穩定的傳遞方式,被視為基因療法中的黃金標準。

目前為止,美國 FDA 僅核准 2 種 AAV 載體基因療法,一是 Novartis 治療脊髓性肌肉萎縮症的 Zolgensma,二是 Spark Therapeutics 治療萊伯氏先天性黑蒙症的 Luxturna,但仍有不少針對多種疾病的候選 AAV 載體基因療法如雨後春筍冒出。依照現有研究進展速度,FDA 預估直至 2025 年將新增 10 至 20 個細胞與基因療法取得核准。另外,根據調研機構 Fortune Business Insights 的統計,基因療法的市場規模將於 2027 年成長至 356.7 億美元,相比 2019 年的 36.1 億美元,將迎來大幅度成長。

AAV 載體最大挑戰:人體免疫反應

AAV 載體在強大優勢的背面仍有許多應用挑戰,其中最令人頭疼的就是病毒載體進入人體所引發的免疫反應。人體有一種會辨識外來入侵分子,藉此激發先天與後天免疫反應的樣式辨識受體(pattern recognition receptor, PRR),而類鐸受體(Toll like receptor, TLR)中的 TLR2 與 TLR9 蛋白會將病毒載體的外殼與 DNA 設定為外來入侵,使接受基因療法的患者產生嚴重的免疫介導毒性。

舉例來說,美國生技公司 Audentes Therapeutics 於 2020 年 8 月宣布基因療法臨床試驗中出現第 3 個死亡案例。受試者死因是由敗血症產生的進行性肝臟失調,他們當時都接受高劑量的 AAV 載體基因療法 AT132,治療 X 染色體遺傳肌小管病變(X-linked myotubular myopathy)。

此外,在動物模型中,也有研究指出高劑量的基因療法會使其產生嚴重的肝臟毒性。

合成生物學之父創業解決 AAV 載體應用挑戰

而為了找出更安全的 AAV 載體應用模式,全球生技企業群起研究。其中,合成生物學之父暨連續創業家 George Church 博士和其實驗室中的博士後研究員 Ying Kai Chan ,於 2018 年創立的新創 Ally Therapeutics 受到各界矚目,並已接連獲得來自 ARCH Venture Partners、Alta Partners 和 UCB ventures 等著名創投的種子輪融資,公司目標在於開發安全性更高的 AAV 載體與免疫原性更低的基因療法。

抑制 TLR9 蛋白,降低免疫反應風險

George Church 博士帶領在哈佛大學醫學院與 Wyss 研究所的團隊於 2 月 10 日發表一個大型研究的成果,內容刊登於《Science Translational Medicine》。值得一提的是,該合作也是基因療法、視覺科學、合成生物學的跨領域合作,彙集如哈佛大學醫學院 Constance Cepko 博士等學界專家合作。

研究團隊將包含抑制 TLR9 序列的短 DNA 寡核苷酸(short DNA oligonucleotides)編入 AAV 載體的基因中,使 TLR9 難以辨識出序列較長的 AAV 載體,藉此降低免疫反應的產生。他們將之稱為聯結免疫調節(coupled immunomodulation)。

於初期細胞培養試驗中,研究人員發現,編輯後的 AAV 載體比未編輯版本更可弱化初級免疫細胞的先天性免疫反應。且注射入小鼠、豬 2 種動物模型的肝臟、肌肉與眼睛組織時,編輯後的 AAV 載體都表現出降低先天性免疫反應與 T 細胞免疫反應的結果。

Ally Therapeutics 現任科學長 Ying Kai Chan 博士表示,透過把抑制 TLR9 的片段放入 AAV 載體中,或許可讓 AAV 載體在進入人體後能逃脫免疫系統的偵測機制。

在免疫細胞浸潤少的眼睛表現如何?

許多基因療法研究從免疫細胞浸潤較少的眼睛進行試驗,結果發現從眼睛直接進行基因療法的方式會造成眼內炎症,而從眼球玻璃體注射雖然侵入性較低,但卻更容易導致發炎。

而 Ally Therapeutics 的試驗結果指出,在小鼠的動物模型中,從玻璃體注射經編輯改造過的 AAV 載體所產生的發炎症狀會比未編輯版本來得低,且使視網膜的報導基因(reporter gene)表現高;類似情形也出現在豬的動物模型,當研究人員在下視網膜注射編輯後 AAV 載體,發現沒有出現不良反應,但未編輯版本卻會。

但產生發炎的機制不只一種

但並非所有動物模型都是相似結果。獼猴模型在注射編輯後 AAV 載體仍出現眼睛發炎症狀,這代表有除了 TLR9 之外的發炎機制,且系統須進一步優化。

Constance Cepko 博士指出,從 AAV 載體引發的玻璃體內毒性、表現的 TLR9 抑制性、和對膽固醇的反應可看出,讓注射位置出現中毒現象的機制不只 TLR9 一種,未來團隊將持續研究和了解不同種機制。

Wyss 創始董事 Donald Ingber 博士表示,在合成生物學、視覺科學、基因療法的跨界合作之下,AAV 載體的編輯技術將開創出一條新的研究道路,而這也將把基因療法推往更安全、更有效率的方向。

作者:Rajaneesh K. Gopinath
編譯:Tyler

延伸閱讀:專訪國際疫苗專家 Han van den Bosch 教授:如何應對 COVID-19 疫苗實時挑戰?

參考資料:
1. https://geneonline.news/en/george-churchs-new-startup-engineers-aav-vectors-that-evades-host-immune-responses/
2. https://stm.sciencemag.org/content/13/580/eabd3438
3. https://wyss.harvard.edu/news/a-new-vision-for-aav-delivered-gene-therapies/

©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫:service@geneonlineasia.com