Γονιδιακή Θεραπεία για μονογονιδιακά νοσήματα A΄ ΠΡΠ ΑΧΕΠΑ 05/02/2014 Evangelia Yannaki, MD Affiliate Associate Professor University of Washington, Gene and Cell Therapy Center, Hematology-BMT Unit G.Papanicolaou Hospital Thessaloniki Greece Gene therapy Agenda • The concept • The tools • The proof of principle • Safety • Gene therapy for thalassemia • Beyond gene therapy The concept Εισαγωγή ενός φυσιολογικού γονιδίου στα κύτταρα ασθενούς αντιστάθμιση του ελλείμματος που προκαλείται από ένα ελαττωματικό γονίδιο ή καθυστέρηση της εξέλιξης μιας νόσου Γιατί χρειάστηκαν >2 δεκαετίες για πραγματικές κλινικές επιτυχίες? Στόχος η μεταφορά και η έκφραση του θεραπευτικού γονιδίου στα κύτταρα-στόχος Ιδεωδώς: γονιδιακή διόρθωση μέσα στο κύτταρο Εναλλακτικά: γονιδιακή προσθήκη The tools : vectors Γενετική τροποποίηση ιών ώστε να μολύνουν κύτταρα-στόχους χωρίς να προκαλούν νόσο Ενσωμάτωση του γενετικού τους υλικού μαζί με το νέο γονίδιο στο γονιδίωμα του κυττάρου ξενιστή Σταθερή, ισόβια έκφραση Χαμηλή τοξικότητα The tools : vectors Ο ιδανικός φορέας…. Εύκολη παραγωγή σε υψηλούς τίτλους Μακροπρόθεσμη ή/και ρυθμιζόμενη έκφραση Ανοσολογική αδράνεια Ιστική στόχευση Χωρίς περιορισμούς στο μέγεθος του γονιδίου που φιλοξενεί Ενσωμάτωση σε συγκεκριμένη θέση στο γονιδίωμα Διαμόλυνση διαιρούμενων και μη κυττάρων Ασφαλής ……δεν κατασκευάστηκε ακόμη ΝΟΣΗΜΑΤΑ-ΣΤΟΧΟΙ ΓΙΑ ΓΟΝΙΔΙΑΚΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ 1.ΓΕΝΕΤΙΚΑ ανοσοανεπάρκειες αιμοφιλία κυστική ίνωση αιμοσφαιρινοπάθειες (μεσογειακή αν/δρεπανοκυτταρική αν) ν. Gaucher μεταβολικά νοσήματα μυικές δυστροφίες 2. EΠIKTHTA καρκίνος νευρολογικά ν. (Parkinson, Alzheimer) καρδιοαγγειακά ν. (επαναστένωση, αρτηριοσκλήρυνση) λοιμώδη ν. (AIDS) χρόνια ν. (ρευματοειδής αρθρίτις, οστεοαρθρίτις) GvHD Gene therapy : the proof of principle • X-SCID (Science, 2000) • Chronic Granulomatous Disease (Nature Medicine, 2006) • ADA-SCID (New England J Medicine, 2009) • Adrenoleukodystrophy (Science 2009) • Congenital amaurosis Leber (New England J Medicine, 2009) • Wiscott-Aldrich Syndrome (New England J Medicine ,2010 / Science 2013) • Thalassemia (Nature, 2010) • Hemophilia (New England J Medicine, 2011) • Metachromatic leukodystrophy (Science 2013) Stem cell gene therapy : ex vivo ex vivo gene therapy 4. Infusion of gene-corrected cells after conditioning 1. Mobilization-leukapheresis or bone marrow harvest 2. Co-culture of HSCs with the vector 3. Transduction Ex Vivo GENE THERAPY (θαλασσαιμία, ανοσοανεπάρκειες) •κύτταρα εύκολα προσβάσιμα : hematopoietic stem cells, λεμφοκύτταρα, κερατινοκύτταρα •ελεγχόμενη έκθεση στον ιϊκό φορέα •λιγότερο πιθανή η φλεγμονώδης ή άνοση αντίδραση Clinical trials with retroviral vectors Σοβαρή συνδυασμένη ανοσοανεπάρκεια (X-SCID) Ελλειψη της γ αλυσίδας του υποδοχέα της IL-2 / πλήρης λεμφοκυτταρική ανεπάρκεια RV vector Graft source :bone marrow Αρχέγονα αιμοποιητικά κύτταρα Conditioning :none Ρετροιικός φορέας “Bubble boys” X-SCID Γαλλική μελέτη X-SCID Αγγλική μελέτη 20 ασθενείς , > 95% ποσοστό ίασης Cavazzana-Calvo M, et al. Gene Therapy of Human Severe Combined Immunodeficiency (SCID)-X1 Disease Science 2000;288:669-671 Ανοσοανεπάρκεια λόγω έλλειψης ADA RV vector Graft source : bone marrow Conditioning :BU 4mg/kg • Ιταλική μελέτη • Αγγλική μελέτη 20 ασθενείς, >90% ίαση Wiskott-Aldrich Syndrome Caused by mutations in the WAS gene, which codes for WASP, a protein that regulates the cytoskeleton • Ανοσοανεπάρκεια • Αιμορραγίες • Εκζεματοειδείς βλάβες RV vector Graft source :mPB Conditioning : BU 8mg/kg 9/10 ασθενείς : ίαση Clinical trials with lentiviral vectors Metachromatic leukodystrophy Lysosomal storage disease RSA gene mutation Deficiency of arylsulfatase Α and accumulation of sulfatide Demyelination and neurodegeneration Progressive motor and cognitive impairment Death within few years after onset HCT fails to provide consistent benefits in MLD patients 3 pts with presymptomatic LI MLD LV vector Graft source : bm Conditioning : BU, myeloablative dose In vivo gene therapy Ιn vivo gene therapy Direct infusion to the patient Viral vector In Vivo GENE THERAPY (κυστική ίνωση, αιμοφιλία, καρκίνος) • κύτταρα δύσκολα προσβάσιμα : • ιδεώδες ιn vivo σύστημα : αναπνευστικό επιθήλιο, αγγειακό ενδοθήλιο, νευρώνες iv έγχυση και τροπισμός του φορέα προς το όργανο-στόχος Clinical trials with AAV vectors Αιμοφιλία Επίπεδα παράγοντα IX<1%: • συχνά αιμορραγικά επεισόδια • βαριά αρθροπάθεια – αναπηρία • πρώιμος θάνατος Θεραπεία Συχνές εγχύσεις FIX : • Προφυλακτική παρά θεραπευτική αγωγή • Υψηλό κόστος (20Χ10^6$ στη διάρκεια ζωής) • Ανάπτυξη ανασταλτών Γονιδιακή Θεραπεία : • δυνατότητα ίασης μέσω συνεχούς ενδογενούς παραγωγής FIX μετά από εφ’απαξ χορήγηση του θεραπευτικού φορέα • ακόμη και μία μικρή αύξηση στην κυκλοφορία του FIX τουλάχιστον στο 1% των φυσιολογικών επιπέδων μπορεί σημαντικά να βελτιώσει τη συμπτωματολογία AAV8 vector : highly tropic to the liver single iv injection • 4 /6 διέκοψαν την προφυλακτική χορήγηση FIX • 2/6 αραίωσαν τα διαστήματα χορήγησης FIX dose 2X1011 dose 6X1011 dose 2X1012 FIX έκφραση : 2-11% του φυσιολογικού Συγγενής αμαύρωση Leber AAV vector Mmc2.mpg Safety GENE THERAPY : the best of times, the worst of times Cavazzana-Calvo M, et al. Gene Therapy of Human Severe Combined Immunodefiency (SCID)-X1 Disease Science 2000;288:669-671 X-SCID Γαλλική μελέτη X-SCID Αγγλική μελέτη 5/20 ασθ. T-ALL Εισχωρητική μεταλλαξιογένεση Ογκογονίδιο OFF Ενσωμάτωση ιικού φορέα ON Ιικός ενισχυτής Εισχωρητική μεταλλαξιγένεση συνυφασμένη με την ενσωμάτωση των φορέων στο γονιδίωμα η οποία αρχικά θεωρήθηκε τυχαία και άρα πολύ μικρού κινδύνου (~10-7- 10-2) για εισχωρητική μεταλλαξιγένεση η ενσωμάτωση των ιικών φορέων στο γονιδίωμα είναι τουλάχιστο ημιτυχαία Wu X, Li Y, et al. Transcription start regions in the human genome are favored targets for MLV integration. Science 2003;300:1749-1751 Schroder AR, et al. HIV-1 integration in the human genome favors active genes and local hot-spots. Cell 2002;110:521-529 Cattoglio C, et al. Hot spots of retroviral integration in human CD34+ hematopoietic cells. Blood 2007;11096):1770-1778 Ιnsertion sites in GT trials using lenti- vs retro-viral vectors Aiuti A, Science 2013 Stem cell gene therapy trials Disorder Ιnsertion sites in GT trials using Vector HSC Conditioning Efficacy Selective lentivsadvantage retro-viral vectors source ADA- SCID RV BM Yes ++ CGD RV mPB No Insertional oncogenesis No No No BU 4mg/kg Melphalan 140mg/m2 Yes Yes No (0/15pts) No (0/5pts) No No Bu 8mg/kg Partial Bu 10mg/kg Partial No Myelodysplasia (2/2pts) No Fanconi anemia RV mPB/BM Yes ++ No No No Gaucher’s disease RV mPB No No No No X-SCID RV BM Yes +++ No Yes Leukemia (5/20pts) ALD LV mPB No Yes No RV mPB Bu 8mg/kg Yes Leukemia (5/10pts) FLU-BU-Mabthera Yes No Yes Clonal expansion WAS Bu 12.8+CPM 120 (mg/kg) Yes ++ LV mPB/BM Thalassemia LV BM No Bu 14mg/kg MLD LV BM No Bu 14mg/kg Aiuti Yes A, Science No2013 Gene therapy for thalassemia ΘΕΡΑΠΕΙΑ Μ.Α Ι. Συμβατική θεραπεία: μεταγγίσεις και αποσιδήρωση ΘΕΡΑΠΕΙΑ Μ.Α. ΙΙ. Αλλογενής μεταμόσχευση μυελού οστών – χαμηλό ποσοστό ασθενών με συμβατό αδελφό δότη – δυνητικά σοβαρές επιπλοκές – μακροχρόνια ανοσοκαταστολή ΙΙΙ. Γονιδιακή θεραπεία : αυτόλογη μεταμόσχευση γενετικά διορθωμένων κυττάρων Γονιδιακή έκφραση στις αιμοσφαιρινοπάθειες: ρυθμιζόμενη ερυθροειδική υψηλή σταθερή ασφαλής Chang A and Sadelain M, Mol Ther 2007 Χαρακτηριστικά ασφάλειας στους φορείς σφαιρίνης Ι. Λεντι-ιικοί φορείς : ασφαλέστεροι των ρετροιικών φορέων, λόγω της προτίμησής τους για θέσεις ενσωμάτωσης Schroder, A.R. et al. Cell 2002;110:521-529 Wu, W. et al. Science 2003;300:1749-1751 ΙΙ. Λεντι-ιικοί φορείς Σχεδιασμός αυτοαδρανοποίησης Δ Δ Οι ενεργείς LTRs αποτελούν τον κυριότερο καθοριστικό παράγοντα γενοτοξικότητας Montini, E. et al. Journal of Clinical Investigation 2008; 119:964-975 ΙΙΙ. Ερυθροειδική έκφραση X-SCID •εσωτερικοί, ερυθρο-ειδικοί υποκινητές Thalassemia Το γονίδιο της -σφαιρίνης ενεργοποιείται μόνο στα τελικά στάδια της ερυθροειδικής διαφοροποίησης, λίγο πριν την φυσιολογική απώλεια του πυρήνα των ερυθρών αιμοσφαιρίων ΙV. Εισαγωγή μονωτών χρωματίνης (chromatin insulators) Insulator Enhancer Promoter Insulator • Emery DW, Yannaki E, Stamatoyannopoulos G. Blood. 2002;100(6):2012-9/Yannaki E, Stamatoyannopoulos G, Emery DW. Mol Ther. 2002;5(5 Pt 1):589-98. / Emery DW, Yannaki E, Stamatoyannopoulos G. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000;97(16):9150-5. • Evans-Galea M, et al. Mol Ther 2007;15: 801–809./ Li CL, et al. Mol Ther 2009;17: 716–724. / Desprat and Bouhassira, Plos One 2009;4: e5956 VI. H θαλασσαιμία -αντίθετα με τις ανοσοανεπάρκειες- δεν έχει γνωστό ογκογενετικό δυναμικό Thalassemia : 6 years w/o transfusions μεταγγίσεις αφαιμάξεις 2 patients Graft source : BM / mPB Conditioning : BU 14mg/kg Thalassemia gene therapy : HMGA2 activation Ανοιχτά ερωτήματα Gene Therapy for β-thalassemia : the continuing challenge E.Yannaki, DW Emery and G.Stamatoyannopoulos, Expert Reviews in Molecular Medicine 2010 i) Προπαρασκευαστικό σχήμα Η εμφύτευση και η συμμετοχή στην αιμοποίηση των γενετικά διορθωμένων κυττάρων απαιτεί : ύπαρξη επιλεκτικού – σχετιζόμενου με τη νόσο- πλεονεκτήματος έκπτυξης των γενετικά διορθωμένων κυττάρων in vivo στρατηγικές επιλογής δημιουργία χώρου : προπαρασκευαστικό σχήμα Disorder ADA- SCID CGD Vector HSC Selective source advantage RV RV BM mPB Yes ++ No Conditioning Efficacy Insertional oncogenesis No No No BU 4mg/kg Melphalan 140mg/m2 Yes Yes No (0/15pts) No (0/5pts) No No Bu 8mg/kg Partial Bu 10mg/kg Partial No Myelodysplasia (2/2pts) No Fanconi anemia RV mPB/BM Yes ++ No No No Gaucher’s disease RV mPB No No No No X-SCID RV BM Yes +++ No Yes Leukemia (5/20pts) ALD LV mPB No Bu 12.8+CPM 120 (mg/kg) Yes No RV mPB Bu 8mg/kg Yes Leukemia (3/10pts) LV mPB/BM FLU-BU-Mabthera Yes No LV BM Bu 14mg/kg Yes WAS Thalassemia Yes ++ No Clonal expansion Busulfan 8mg/kg Melphalan 140mg/m2 Πόση μυελοκαταστολή θα χρειαστεί ?? Busulfan 14mg/kg ii) Κύτταρα-στόχοι Το θέμα της «κυτταρικής δόσης» στη ΓΘ της θαλασσαιμίας Ανάγκη για χορήγηση μεγάλου αριθμού διαμολυσμένων CD34+ κυττάρων για να : • ανταγωνιστούν τον ενδογενή μυελό για ανεύρεση μυελικής«κόγχης» εφόσον χρησιμοποιείται προπαρασκευαστικό σχήμα μειωμένης έντασης • αντισταθμίσουν το έλλειμμα πλεονεκτήματος επιβίωσης των διορθωμένων στελεχιαίων και πρώιμων προγονικών κυττάρων στη θαλασσαιμία Προτιμώμενη πηγή HSCs για τη ΓΘ της θαλασσαιμίας Κινητοποιημένο περιφερικό αίμα: Παρέχει υψηλότερους αριθμούς HSCs σε σχέση με τη συμβατική λήψη μυελού οστών, μέσω μίας μετρίως επεμβατικής διαδικασίας Συλλογή αιμοποιητικών στελεχιαίων κυττάρων από το αίμα : κινητοποίηση • εναλλακτική διαδικασία στη συλλογή μυελού των οστών • η διαδικασία με την οποία τα στελεχιαία αιμοποιητικά κύτταρα μεταναστεύουν από τον μυελό των οστών στο περιφερικό αίμα, απ΄όπου μπορούμε να τα συλλέξουμε με λευκαφαίρεση Granulocyte-Colony Stimulating Factor (G-CSF) : η ευρύτερα χρησιμοποιούμενη πηγή αυτόλογων HSCs για μεταμόσχευση και εφαρμογές γονιδιακής θεραπείας Περιορισμοί για τη χρήση G-CSF στην αυτόλογη μεταμόσχευση / ΓΘ • Σχετίζεται με συγκεκριμένη νοσηρότητα: θρομβώσεις– σπληνική ρήξη (Hill JM, J Am Coll Cardiol 2005/ Falzetti, F, Lancet 1999) • 30% των ασθενών αποτυγχάνει να κινητοποιήσει αποτελεσματικά ή ακόμη και φυσιολογικοί δότες υποβάλλονται σε επαναλαμβανόμενες κυτταραφαιρέσεις (Stiff P, bone Marrow Transpl 2000 / Anderlini P, Transfusion 1997 / Miller JP, Biol Blood Marrow Transpl 2008) Δρεπανοκυτταρική νόσος : δυνητικά πυροδοτεί κρίση (Adler, BK, Blood 2001 / Abboud M, Lancet 1998) Fanconi anemia : φτωχή κινητοποίηση ακόμη και με υπερδιπλάσιες δόσεις G-CSF (Croop Blood 2001 / Kelly P, Mol Ther 2006) Στρατηγικές κινητοποίησης για τη ΓΘ της θαλασσαιμίας G.Papanicolaou Hospital – University of Washington Thal-001 : μελέτη για την ασφάλεια και αποτελεσματικότητα της κινητοποίησης με GCSF ± Hydroxyurea σε ενήλικες με μείζονα -θαλασσαιμία Thal-002 : (EudraCT number 2005-000315-10, NCT00336362) μελέτη για την ασφάλεια και αποτελεσματικότητα της κινητοποίησης με Plerixafor ± G CSF σε ενήλικες με μείζονα -θαλασσαιμία (EudraCT number 2009-014136-37, NCT01206075) Thal-002 Hospitalization Plerixafor: 240μg/kgX2days Pts who yielded <2Χ106 CD34+/kg in Thal-001 study 2Χ106 Back up : CD34+cells/kg 2 leukaphereses target cell dose: ≥ 6Χ106 CD34+cells/kg if6X106/kg Remobilization: G-CSF+ Plerixafor non-SPL : standard G-CSF dose SPL : low (adjusted) G-CSF dose CD34+ selection Cryostorage of the bulk product for future gene therapy trial • CD34+ cell count Cryostorage of cell aliquots for later lenti-viral β-globin transduction • Sterility tests • colony assays CD34+cell yield - Non splenectomized patients CD34+/2aph Yannaki E, et al. Mol Ther 2012 Yannaki E, et al, Hum Gen Ther 2013 Days from HU stop 20 CD34+X10^6/kg 12 15 10 8 10 6 4 5 2 0 Days from HU stop 14 0 P13b P16 P13 P12 P09 P08 P07 HU+G-CSF P01 P24 P12 P05 P04 P23 P22 P21 P14 P13 P08 G-CSF Plerixafor Plrxf+G-CSF CD34+cell yield - Splenectomized patients 20 15 10 5 P17b P11b P04/P25 HU+G-CSF HU+G-CSF P20 P19 P18 P17 P14 P11 P06 P05 P03 P02 G-CSF P19 P18 P17 P16 P09 P06 P03 P02 P01 P25 P15 P11 P10 14 12 10 8 6 4 2 0 Days from HU stop PlerixaforPlerixafor Plerixafor+G-CSF 0 Plrxf+G-CSF Days from HU stop CD34+X10^6/kg CD34+cell yield Yannaki E, et al. Mol Ther 2012 Yannaki E, et al, Hum Gen Ther 2013 SPL patients -kinetics of WBCs and PB CD34+cells CD34+PB(/μl) WBCs(X10^3/μl) 140 90 CD34+cells/μl 70 100 60 80 50 60 40 30 40 20 20 10 0 0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 G-CSF-only d1 d2 d3 d4 d5 d6 HU+G-CSF-long washout period d1 d2 d3 Plerixafor d1 d2 d3 d4 d5 Plrxfr+G-CSF WBCs (X10^3/μl 80 120 Yannaki E, et al. Mol Ther 2012 Yannaki E, et al, Hum Gen Ther 2013 CD34+cells/apheresis 14 12 CD34+cellsX10^6/kg 10 ** 8 6 4 2 0 G-CSF HU+G-CSF Plerixafor G-CSF+Plrxf HPLC in liquid erythroid cultures Absorbance (mAU) β0/β0 80 β δ 60 α Untd: β/α=0.001 40 Td: β/α=0.66 20 Normal: β/α=0.77 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Absorbance (mAU) Retention time (mins) β+/β+ 80 β δ α Untd: β/α=0.36 60 Td: β/α=0.64 40 Normal: β/α=0.77 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Retention time (mins) 45 50 55 60 Plerixafor:Υψηλότερα ποσοστά γονιδιακής μεταφοράς σε μονήρεις αποικίες p=0.1 Plerixafor+G-CSF: Σημαντικά χαμηλότερο VCN σε μονήρεις αποικίες p<0.0001 Plerixafor: Υψηλότερο VCN σε τελικώς διαφοροποιημένα ερυθροειδικά κύτταρα Εμφύτευση των γενετικά διορθωμένων CD34+ κυττάρων μετά από ξενομεταμόσχευση Busulfan 100mg/kg 106 CD34+/ recipient hCD45+ (PB) 25,00 **p=0.004 %hCD45+ 20,00 p=0.1 15,00 HU+GCSF GCSF 10,00 Mzb Mzb+GCSF 5,00 0,00 1 month 2 months 3 months 4 months 5 months Multilineage engraftment hCD33+ (PB) hCD235a+ (PB) p=0.04 * 7,00 %hCD235a+ 6,00 %hCD33+ 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 1 month 2 months 3 months Mzb Mzb+GCSF 4 months 5 months hCD3+ (PB) hCD19+ (PB) HU+GCSF GCSF 16,00 Mzb Mzb+GCSF p=0.02 * p=0.1 14,00 12,00 %hCD19+ %hCD3+ GCSF 1 2 3 4 5 month months months months months 0,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 HU+GCSF 10,00 p=0.1 8,00 6,00 4,00 2,00 1 2 3 4 5 month monthsmonthsmonthsmonths 0,00 1 month 2 months 3 months 4 months 5 months ongoing and planned clinical trials Τhe 1st clinical trial in USA started in Jan 2013ε M. Sadelain, MSKCC, NY “ß-Thalassemia Major With Autologous CD34+ Hematopoietic Progenitor Cells Transduced With TNS9.3.55 a Lentiviral Vector Encoding the Normal Human ßGlobin Gene” • 3 patients enrolled • Busulfan 8mg/kg Other centers : • Cincinnati • Saint Jude • TIGET, Italy ΅Ελλάδα – New York – Seattle : έναρξη ΓΘ 2014 Beyond gene therapy: Genome editing Genome editing with Zinc Finger Nucleases (ZFNs) Potential outcomes of a double-strand break in DNA generated by a pair of ZFN CCR5 to treat HIV all stem cell GT approaches Hemophilia, SCD,SCID 2 κλινικές μελέτες phase 1 σε ασθενείς με HIV 1 κλινική μελέτη phase 1 σε ασθενείς με γλοιοβλάστωμα Gene editing and Thalassemia ASH 2013 Abstract 434 Targeted Gene Modification In Hematopoietic Stem Cells: A Potential Treatment For Thalassemia and Sickle Cell Anemia 1Sangamo BioSciences, Richmond, CA, of Washington, Seattle, WA, 3George Papanicolaou Hospital, Thessaloniki, Greece, 2University Dramatically elevated fetal globin / alpha globin ratios following Bcl11a disruption in cRBCs from b-thal patients Bcl11a exon 4: 34642 / 34678 exon 2: 39145 / 39172 AAVS1 (neg control): 30035 / 30054 Conclusions II Ψονψλθσιονσ Ι HSC gene therapy may compare favorably to allogeneic HCT and, in selected conditions, become a first-line treatment and a registered medicine for the market Conclusions II I Although severe AE have been observed at an alarmingly frequency in HSC GT trials conducted with early-generation vectors, their occurrence seems also to be influenced by the underlying disease and transgene function Late-generation SIN lentiviral vectors achieve substantial levels of gene marking with a more benign insertion pattern Conclusions III I The recent developments of powerful new technologies for highly efficient gene targeting and site-specific gene editing brings the possibility of gene disruption, gene correction rather than gene replacement, and targeted rather than random integration Ευχαριστώ !
© Copyright 2024 ExpyDoc