/

Terapia genowa Zolgensma

avatar
mgr Anna Kordala 29 Cze, 9 minut czytania

W pierwszej części serii artykułów o SMA (tutaj) mogliście zapoznać się z podłożem genetycznym choroby, oraz pierwszym lekiem na SMA – nusinersenem (Spinraza®, IONIS/Biogen), obecnie refundowanym w Polsce.  W niniejszym artykule pochylę się nad terapią genową – onasemnogen abeprawowek (Zolgensma®, Novartis Gene Therapies) dopuszczoną do użytku w Europie pod koniec maja 2020. Zapraszam do lektury.

Dla przypomnienia, rdzeniowy zanik mięśni (SMA – ang. Spinal muscular atrophy) to rzadka choroba genetyczna, która dotyka głównie niemowlęta i małe dzieci. W Europie występuje mniej więcej raz na 8000 żywych narodzin 1, co oznacza, że w Polsce każdego roku rodzi się mniej więcej 50 dzieci z SMA. Jest chorobą o podłożu nerwowo mięśniowym – w SMA zanikają neurony ruchowe w rdzeniu kręgowym, odpowiadające za pracę mięśni. W konsekwencji mięśnie nie otrzymują informacji do pracy, słabną i z czasem zanikają2.

Śmierć neuronów ruchowych wynika ze znacznego niedoboru białka SMN (survival motor neuron – białka przeżycia neuronów ruchowych). W SMA brakuje produktu genu SMN1, białka SMN3.

Śmierć neuronów ruchowych powoduje zanik mięśni szkieletowych – kluczowym organem w terapii SMA są więc neurony ruchowe.

Historycznie wyróżnia się kilka typów choroby (0- IV) na podstawie wieku pacjenta w momencie wystąpienia pierwszych objawów i umiejętności, jakie chory osiągnął (np. siedzenie, chodzenie) 4. Jednak te typy powoli ulegają dezaktualizacji ze względu na dostępne efektywne leczenie. SMA jest jedną z bardzo niewielu chorób rzadkich, na które od kilku lat istnieją skuteczne metody leczenia.

W ciągu ostatnich lat terapia genowa Zolgensma wdarła się przebojem do świadomości opinii publicznej, a atmosfera wokół niej jest bardzo gorąca. Jak można się spodziewać, w związku z tym wokół terapii narosło bardzo wiele mitów i półprawd, z którymi postaram się dziś rozprawić. Mimo gigantycznego rozgłosu tę terapię genową przyjęło na całym świecie jedynie około tysiąca dzieci, w porównaniu do około 17 tys. leczonych nusinersenem i ok 2,5 tys. leczonych risdiplamem.

 

Jak działa terapia genowa Zolgensma?

Tu należy krótko przypomnieć, że SMA jest spowodowane brakiem produktu genu SMN1. Terapia genowa Zolgensma dostarcza ten brakujący gen. W ogromnych skrócie można powiedzieć, że po podaniu dożylnym, gen wnika do prawie wszystkich komórek organizmu i w szybkim tempie zaczyna produkować terapeutyczne białko SMN, co przekłada się na poprawę stanu chorego5. Podanie samego genu byłoby niemożliwe (uległ by rozłożeniu przed dotarciem do celu), dlatego w terapii genowej wykorzystuje się wektory, czyli nośniki genu.

Można powiedzieć, że wektory to takie walizki, do których zapakowuje się lek. Podróżują one przez nasz układ organizm zamknięte, chroniąc lek przed zniszczeniem i kiedy docierają do celu – otwierają się i uwalniają lek dokładnie tam, gdzie powinien się znaleźć. Okazuje się, że wirusy są całkiem niezłymi walizkami i od ponad pół wieku są badane pod kątem ich wykorzystania w terapii wielu chorób, jak wiemy z sukcesami. Żeby dowiedzieć się, dlaczego tak jest, musimy przypomnieć sobie:

Czym są i jak działają wirusy?

Wirusy składają się jedynie ze swojego materiału genetycznego (RNA lub DNA) i białek, które otaczają ten materiał (kapsydu). Bakterie, które często wymienia się jednym ciągiem obok wirusów, są od nich 100 razy większe. Istnieją wirusy, zwane bakteriofagami, które atakują wyłącznie bakterie. Niektóre z nich wyglądają jak mikroskopijne sondy kosmiczne (w Google wpisujemy „bakteriofag, grafika”).

Wirusy nie są powszechnie uznane za organizmy żywe przede wszystkim dlatego, że nie mogą się same rozmnażać. Żeby stworzyć więcej wirusów, atakują inne organizmy, jak bakterie, rośliny, zwierzęta czy ludzi. W uproszczeniu dzieje się to tak:

  1. Wirus przyczepia się do komórki np. w organizmie człowieka.
  2. Wirus wnika do komórki.
  3. Wirus otwiera walizkę – uwalnia swój materiał genetyczny (w przypadku leku Zolgensma: DNA)
  4. Wirus zmusza komórkę do pracy: zwykle komórka zaczyna produkować białka wirusa i powielać DNA wirusa. (Uwaga, w przypadku Zolgensmy nie ma mowy o powielaniu DNA wirusa!)
  5. Nowo wyprodukowane DNA i białka łączą się, tworząc nowe wirusy.
  6. Nowe wirusy opuszczają komórkę, często ją zabijając.

Pierwsze cztery punkty pokazują, że wirusy są wymarzonymi „walizkami” do przenoszenia terapii genowej – bo na co dzień przenoszą w ten sposób swoje własne geny i zmuszają komórkę do produkcji wirusowych białek.

Czy w takim razie można podmienić materiał genetyczny tak, żeby nie kodował białek wirusowych, tylko białko SMN? Odpowiedź już znamy.

Naukowcy właśnie to zrobili – podmienili materiał genetyczny wirusa i wprowadzili ludzki gen SMN1. W ten sposób zmuszają komórki, do których wnika wirus, do produkcji białka SMN z genu SMN16.

 

Czy w takim razie gen SMN1 przenoszony przez Zolgensma wbudowuje się do DNA człowieka? Czy Zolgensma naprawia uszkodzony gen?

Nie, nie wbudowuje się, i nie naprawia uszkodzonego genu, można powiedzieć, że się nawet do uszkodzonego genu „nie zbliża”. DNA wirusa z genem SMN1 wnika do jądra komórkowego np. neuronu ruchowego. Tam istnieje w zamkniętej, stabilnej formie. W ten sposób w komórce człowieka istnieją obok siebie dwa rodzaje DNA – ogromna cząsteczka DNA ludzkiego i malutki kolisty fragment z SMN1 pochodzący od wirusa7. A komórka w szybkim tempie zaczyna produkować białko SMN z genu SMN1 mimo, że DNA nie wbudowało się do jego własnego DNA. W tym miejscu należy również rozprawić się z kolejnym mitem – Zolgensma nie powoduje „wyleczenia z SMA” i automatycznego cofnięcia wszelkich objawów. Zolgensma, tak jak inne terapie, powoduje zatrzymanie postępu choroby, zatrzymanie degeneracji neuronów ruchowych, nie powoduje wyleczenia z SMA. Skuteczne leczenie wraz z wytrwałą rehabilitacją zwykle przekłada się na poprawę stanu ruchowego chorego.

Diagram Description automatically generated

Czy to jest bezpieczne? – zalety i wady nośników AAV

W końcu w punkcie szóstym napisano, że wirusy opuszczają komórkę zabijając ją? Tak, ale na szczęście nie wszystkie! Do produkcji Zolgensma wykorzystano tzw. wirus AAV9 – adeno-associated virus – wirusy towarzyszące adenowirusom, serotyp 9. Jak już wiemy, wirusy AAV9 w Zolgensmie są tak zmienione, że nie produkują wirusowych białek, tylko SMN.

Wirusy AAV9 mają wiele zalet, które umożliwiają ich wykorzystanie w terapii7–9:

  • są niepatogeniczne – to znaczy, że nie powodują żadnej choroby u człowieka. Większość dorosłych jest lub była nimi zakażona i przeszła to bez objawów.
  • są bezpieczne (patrz punkt 1).
  • nie są wybredne – wnikają do wielu różnych rodzajów komórek, nie musimy się martwić, że pominą neurony.
  • Przechodzą przez barierę krew- mózg – dlatego Zolgensma może być podawana dożylnie, a nie dokanałowo.
  • potrafią działać na komórki, które się nie dzielą – to wspaniała wiadomość w chorobach dotykających układu nerwowego, jak SMA, bo neurony się nie dzielą. Nie wszystkie wirusy to potrafią.
  • działają przez długi okres czasu.
  • są łatwiejsze w produkcji niż inne wirusy. To jest niesamowicie ważne, bo dawka Zolgensma to 1,1 x 1014 wirusów na każdy kilogram masy ciała pacjenta – czyli 110 000 000 000 000 wirusów na kilogram!5
  • liczymy na to, że efekt podania będzie długotrwały. Pierwsze podanie leku Zolgensma odbyło się niemalże 6 lat temu i jego efekt się nadal utrzymuje.

Wadą AAV jest to, że są bardzo malutkie, nawet jak na wirusy. Powoduje to, że część genów jest po prostu za duża, żeby się zmieścić w ich wnętrzu. Na szczęście SMN1 jest wystarczająco krótki, więc w przypadku SMA rozmiar nie jest problemem.

Inna kwestią dotyczącą bezpieczeństwa jest potencjalna nadekspresja transgenu. W kwietniu 2021 roku w Nature Neuroscience ukazała się publikacja10, w której badacze obserwowali myszy, którym podano preparat podobny do Zolgensmy. Zaobserwowali oni, że podanie genu SMN1 w nośniku AAV9 ma potencjał do tego, by białka SMN było w organizmie nie za mało (jak to jest w SMA), ale z kolei za dużo. W modelu mysim zaskutkowało to agregatami białka SMN w cytoplazmie neuronów ruchowych, a w niektórych przypadkach, również wtórną neurodegeneracją. Badacze sugerują, że w przypadku terapii genowych może istnieć ryzyko z cyklu: too much love will kill you. Póki co jednak jest to pierwsza tego typu publikacja i mamy nadzieję, że powstaną kolejne, które jednoznacznie rozstrzygną kwestie potencjalnej nadekspresji.

I w końcu – podania terapii genowej nie można cofnąć, nie ma „wyłącznika” – a długotrwałych konsekwencji podania tej terapii oczywiście nikt nie zna.

Zolgensma nie jest jedynym lekiem wykorzystującym AAV. Dzięki powyższym zaletom są one używane w opracowaniu terapii genowych wielu chorób. W 2017 FDA dopuściła pierwszą terapię genową do podania in vivo – Luxturnę11, do leczenia wrodzonej ślepoty Lebera, w której nośnikiem jest siostrzany AAV2. Badania kliniczne z wykorzystaniem AAV są prowadzone pod kątem leczenia hemofilii, niewydolności serca, chorób neurologicznych, i wielu innych9.

 

Czas to neuron – komu można podać terapię genową?

Terapia genowa jest przeznaczona dla małych dzieci. W USA została dopuszczona u dzieci do lat dwóch, natomiast w Europie nie ma takiego limitu wiekowego. Najcięższe dziecko, które przyjęło Zolgensmę w badaniach klinicznych ważyło 8,4 kilo. Dlaczego masa ciała jest ważna?

Dawka leku Zolgensma, jaką przyjmuje chory, zależy od masy jego ciała i wynosi 1,1 × 1014 (110 000 000 000 000) cząsteczek wirusa na każdy kilogram. Oznacza to, że im cięższe dziecko, tym więcej cząsteczek wirusów trzeba do niego wprowadzić. Wirusy są dla organizmu obcym tworem, więc odpowiada on reakcją układu odpornościowego (immunologicznego). Z tego powodu przy terapii Zolgensma jest potrzeba przyjmowania kortykosteroidów – osłabiają one działanie układu odpornościowego, tłumią odpowiedź organizmu skierowaną przeciwko wirusom. Lek Zolgensma wykazuje działanie toksyczne na wątrobę. Toksyczność jest zależna od wielkości dawki – wyższe dawki są proporcjonalnie bardziej szkodliwe i mogą prowadzić do ciężkiego uszkodzenia wątroby. Przyczyną jest bardzo duża zawartość obcego białka wirusowego w preparacie. Odnotowano również przypadki mikroangiopatii zakrzepowej (thrombotic microangiopathy, TMA).

Przy pewnej masie ciała, dawka wirusa, którą należałoby podać, jest tak duża, że organizm nie będzie w stanie sobie z nią poradzić w bezpieczny dla chorego sposób. Innymi słowy, dawka zamiast być terapeutyczna, zaczyna być trująca.

Obecnie większość ekspertów uznaje, że ze względów bezpieczeństwa Zolgensma nie powinna być podawana dzieciom cięższym niż 13,5 kg, chociaż zdarzają się wyjątki od tej reguły (głównie w Niemczech)12.

 

Dlaczego leku Zolgensma nie trzeba podawać dokanałowo (jak nusinersenu), a wystarczy dożylnie?

Ponieważ, w przeciwieństwie do nusinersenu, wirusy AAV potrafią przechodzić przez barierę krew-mózg i dotrą do neuronów ruchowych podane w ten sposób. Dodatkową zaletą Zolgensma jest to, że dostarcza gen SMN1 nie tylko do neuronów, ale też do innych komórek np. mięśni. Musimy pamiętać, że białka SMN brakuje w całym organizmie chorego, po prostu neurony ruchowe są znacznie bardziej wrażliwe i ich życie bardziej zależy od ilości SMN niż życie innych komórek.

Dlaczego terapię genową można podać tylko raz?

Nasz układ odpornościowy reaguje na każde obce białko wprowadzone do naszego organizmu – tworzy przeciwciała, które działają przeciw danemu białku. Przeciwciała mają za zadanie połączyć się z obcym białkiem i je zniszczyć. Zostają w naszym organizmie długo po zniknięciu wirusa. Dlatego podając lek Zolgensma po raz drugi, przeciwciała przeciwko białku wirusa są już gotowe we krwi pacjenta i szybko go zniszczą.

 

START, STR1VE, SPR1NT i STRONG – czyli badania kliniczne preparatu Zolgensma.

Pierwsze badanie kliniczne preparatu Zolgensma, które jeszcze wtedy nazywał się AVXS-001, zostało przeprowadzone w USA, a w badaniu wzięło udział 15 niemowląt5. Jak to zwykle bywa w badaniu pierwszej fazy, uczestnicy przyjęli różne dawki preparatu – troje z nich otrzymało niższą dawkę, a 12 wyższą. W związku z pozytywnymi wynikami tego badania, w grupie, która otrzymała wyższą dawkę firma AveXis (obecnie Novartis Gene Therapies) uruchomiła dwa większe badania na wielu kontynentach – STR1VE – US13, w którym wzięło udział 22 pacjentów i STR1VE-EU, do którego zrekrutowano 32 pacjentów poniżej 6 miesiąca życia, a także STRIVE- AP (Asia Pacific). Wszystkie te badania rekrutowały niemowlęta, u których już pojawiły się objawy SMA, i badania te nie miały grupy placebo (tzw. badania single-arm). Wszystkie te badania pokazują (bo nadal się toczą) skuteczność i bezpieczeństwo terapii genowej, oraz osiąganie kamieni milowych, których nie obserwuje się w naturalnej historii choroby, co zaskutkowało dopuszczeniem Zolgensmy w USA w 2019 roku i w Europie w 2020 roku. Decyzja o dopuszczeniu została podjęta przed zakończeniem badań, co pokazuje, z jaką niezaspokojoną potrzebą medyczną mamy do czynienia i jaki potencjał ma Zolgensma.

Zwróćcie również uwagę na liczbę uczestników badania – lek został dopuszczony do użytku na podstawie danych z mniej niż 70 pacjentów – co jest charakterystyczne dla chorób rzadkich, ale też możemy się spodziewać, że wiele informacji dopiero ujrzy światło dzienne, kiedy więcej pacjentów zacznie przyjmować terapię genową w ramach systemów zdrowotnych poszczególnych krajów.

Kolejne badania na terapią genową nadal się toczą, w marcu 2021 poznaliśmy na amerykańskiej konferencji wyniki badania SPR1NT, czyli badania, do którego zrekrutowano pacjentów przed wystąpieniem jakichkolwiek objawów choroby. Te badania są szczególnie ekscytujące, ponieważ próbują odpowiedzieć na pytanie – czy jeśli „wyłapiemy” SMA przed objawami choroby, to czy jesteśmy im w stanie zapobiec? Z pierwszych cząstkowych rezultatów wynika, że istnieje pewna grupa chorych, których rozwój przypomina rozwój zdrowych dzieci (!!). Inne badanie, które obecnie jest wstrzymane, to badanie STRONG14 – jest ono o tyle ciekawe, że jeśli się powiedzie, to Zolgensma może być dostępna dla starszych i cięższych dzieci (do lat 5). W tym badaniu Zolgensma jest podana również jednorazowo, ale do kanału rdzenia kręgowego, a nie ogólnoustrojowo. Zaletą tego podania jest znacznie niższa dawka, a więc i potencjalnie niższa toksyczność terapii. Trzymamy kciuki za oba badania i za małych pacjentów, w zdobywaniu kolejnych kamieni milowych.

 

Dostępność terapii genowej w Polsce (stan na czerwiec 2021)

Terapia genowa została dopuszczona do użytku w Europie w 2020, co oznacza, że można ją stosować i podawać w Europie, również w Polsce. Refundacja jest osobną kwestią – preparat nie jest obecnie refundowany, jednak prowadzone są w tym temacie intensywne prace – decyzja jeszcze nie zapadła. Może słyszeliście o tzw. Funduszu Medycznym, który ma przyspieszyć i uprościć dostęp do zaawansowanych terapii medycznych, między innymi w chorobach rzadkich. Istnieje duża szansa, że Zolgensma zostanie zrefundowana w ramach tego funduszu, a decyzji można spodziewać się prawdopodobnie w połowie 2021 roku. Zdecydowaną wadą tej terapii jest jej absurdalnie wysoka cena katalogowa – 2,1 mln dolarów, co powoduje, że Zolgensma uzyskała miano najdroższego leku na świecie.

Podsumowując, terapia genowa Zolgensma jest już drugą dopuszczoną terapią na rdzeniowy zanik mięśni. Zolgensma wykorzystuje naturalne mechanizmy wirusów. Dodając do wirusa gen SMN1 terapia sprawia, że zainfekowane wirusem komórki zaczynają produkować białko SMN, którego brakuje w SMA. Wykorzystany jest wirus AAV9, który ma wiele zalet, przede wszystkim jest bezpieczny i infekuje neurony. Badania kliniczne przeprowadzone po obu stronach Atlantyku pokazały, że jest ona skuteczna i bezpieczna i działa tym skuteczniej im wcześniej jest podana. Obecnie toczą się pracę nad jej refundacją w Polsce.

 

Referencje:

1. Vill, K. et al. One year of newborn screening for SMA – Results of a German pilot project. J. Neuromuscul. Dis. 6, 503–515 (2019).

2. Tisdale, S. & Pellizzoni, L. Disease Mechanisms and Therapeutic Approaches in Spinal Muscular Atrophy. J. Neurosci. (2015) doi:10.1523/JNEUROSCI.0417-15.2015.

3. Lefebvre, S. et al. Identification and Characterization of a Spinal Muscular Atrophy-Determining Gene. Cell 80, 155–165 (1995).

4. Wirth, B. Twenty-Five Years of Spinal Muscular Atrophy Research: From Phenotype to Genotype to Therapy, and What Comes Next. J. Med. Genet. 38, 279–279 (2001).

5. Mendell, J. R. et al. Single-dose gene-replacement therapy for spinal muscular atrophy. N. Engl. J. Med. 377, 1713–1722 (2017).

6. Pattali, R., Mou, Y. & Li, X.-J. AAV9 Vector: a Novel modality in gene therapy for spinal muscular atrophy. Gene Ther. doi:10.1038/s41434-019-0085-4.

7. Li, C. & Samulski, R. J. Engineering adeno-associated virus vectors for gene therapy. Nat. Rev. Genet. 21, (2020).

8. Rutkowski, A., Jaźwa, A., Józkowicz, A. & Dulak, J. Wektory AAV w terapii genowej. Biotechnologia 33–44 (2007).

9. Ravi, B., Chan-Cortés, M. H. & Sumner, C. J. Gene-Targeting Therapeutics for Neurological Disease: Lessons Learned from Spinal Muscular Atrophy. Annu. Rev. Med. 72, 1–14 (2021).

10. Van Alstyne M Delestree N, Recinos Y, Workman E, Shihabuddin LS, Zhang C, Mentis GZ, Pellizzoni L, T. I. et al. Gain of toxic function by long-term SMN overexpression in the mouse motor circuit. Cure SMA Meet. 2020 (2020) doi:10.1038/s41593-021-00827-3.

11. FDA approves novel gene therapy to treat patients with a rare form of inherited vision loss | FDA. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-novel-gene-therapy-treat-patients-rare-form-inherited-vision-loss.

12. Kirschner, J. et al. European ad-hoc consensus statement on gene replacement therapy for spinal muscular atrophy. Eur. J. Paediatr. Neurol. 1–6 (2020) doi:10.1016/j.ejpn.2020.07.001.

13. Day, J. W. et al. Onasemnogene abeparvovec gene therapy for symptomatic infantile-onset spinal muscular atrophy in patients with two copies of SMN2 (STR1VE): an open-label, single-arm, multicentre, phase 3 trial. Lancet Neurol. 20, 284–293 (2021).

14. Study of Intrathecal Administration of Onasemnogene Abeparvovec-xioi for Spinal Muscular Atrophy – Full Text View – ClinicalTrials.gov. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03381729?term=strong&cond=Spinal+Muscular+Atrophy&draw=2&rank=1.

 

Podziel się: