Attraversare efficacemente la barriera ematoencefalica? Svolta all'orizzonte per una malattia cerebrale incurabile

Autore: Xu Sijia, PhD, Facoltà di Medicina dell'Università di Kyoto

Le malattie cerebrali ereditarie, come l'Alzheimer e la malattia di Huntington, sono solitamente causate da difetti genetici o mutazioni nelle cellule cerebrali che causano uno sviluppo o un funzionamento anomalo del cervello. Sebbene i trattamenti medici e chirurgici convenzionali possano alleviare i sintomi, spesso non sono in grado di curare queste condizioni. Negli ultimi anni, la terapia genetica ha attirato molta attenzione. Tuttavia, il cervello è dotato di un meccanismo di protezione chiamato barriera emato-encefalica, che limita rigorosamente le sostanze che entrano ed escono dal tessuto cerebrale, rendendo difficile per gli strumenti molecolari della terapia genica raggiungere le cellule cerebrali. Questa è da tempo una delle principali sfide nel trattamento dei disturbi cerebrali.

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science il 16 maggio, il team di Ben Deverman del Broad Institute negli Stati Uniti ha dimostrato di aver sviluppato un nuovo tipo di vettore in grado di penetrare efficacemente la barriera ematoencefalica e di trasportare in modo efficiente geni sani per il trattamento nel cervello. Si prevede che questa tecnologia risolverà l'attuale problema della terapia genica cerebrale. Cosa sta succedendo?

I geni presenti nel DNA di una cellula costituiscono il progetto per la produzione di varie proteine ​​funzionali. Difetti genetici e mutazioni nelle cellule cerebrali possono portare alla produzione e all'accumulo di proteine ​​anomale, causando disfunzioni cerebrali.

La terapia genica è una tecnologia che cura le malattie riparando, sostituendo i geni malati o integrando i geni sani.

Per entrare nelle cellule e attuare il trattamento, è necessario uno strumento chiamato vettore. I vettori, come suggerisce il nome, sono come minivan carichi di geni sani che possono attraversare la membrana cellulare e trasportare molecole terapeutiche all'interno della cellula.

Il virus adeno-associato (AAV) è un vettore di terapia genica comunemente utilizzato e approvato dalla FDA (Food and Drug Administration degli Stati Uniti). Quando si progetta questo tipo di vettore, si sfrutta il meccanismo naturale attraverso il quale i virus infettano le cellule. Sulla superficie cellulare sono presenti numerose proteine ​​recettrici che vengono utilizzate per ricevere molecole segnale esterne. Il virus è in grado di legarsi a questi recettori, cogliendo l'occasione per attraversare la membrana cellulare ed entrare nella cellula, per poi rilasciare i geni virali avvolti nell'involucro per replicarsi. Questa capacità di entrare nelle cellule è esattamente ciò di cui ha bisogno la terapia genica.

Rispetto ad altri virus, l'AAV modificato è più sicuro e meno aggressivo, ma riesce comunque a penetrare efficacemente in cellule specifiche e a trasmettere geni, per questo viene utilizzato come vettore. Esistono diverse versioni di vettori AAV, utilizzati per la terapia genica di diversi organi. Nel 2009 è stato scoperto per la prima volta il vettore AAV9 in grado di attraversare la barriera ematoencefalica. È approvato dalla FDA per il trattamento delle malattie del sistema nervoso centrale, ma in realtà la sua versione e quelle successive migliorate risultano ancora relativamente inefficienti nel trasporto al cervello.

La barriera ematoencefalica è una barriera biologica tra il cervello e il sistema circolatorio. È composto da cellule endoteliali vascolari strettamente connesse, cellule muscolari lisce e cellule gliali. Questa barriera è strettamente selettiva per le sostanze che entrano ed escono dal cervello, consentendo solitamente il passaggio solo a piccole molecole come ossigeno, glucosio e amminoacidi, nonché ad alcune sostanze liposolubili. Ciò protegge il cervello da una serie di metaboliti e dalla maggior parte dei patogeni che circolano nel sangue, ma blocca anche molti approcci terapeutici.

Per molto tempo i ricercatori hanno utilizzato esperimenti sugli animali per selezionare nuovi vettori in grado di attraversare efficacemente la barriera ematoencefalica. Sebbene a volte possa avere successo, questo effetto si riduce notevolmente quando si cambia specie.

Per trovare un vettore con maggiori probabilità di efficacia nel corpo umano, il team del Broad Institute ha adattato la propria strategia per esaminare e modificare gli AAV che prendono di mira direttamente i recettori nella barriera ematoencefalica umana e ha selezionato il recettore della transferrina. Si tratta di un recettore densamente espresso nella barriera ematoencefalica e di una molecola chiave per combattere le malattie cerebrali con farmaci anticorpali.

Poiché i virus si legano ai recettori bersaglio attraverso i loro capsidi, i ricercatori hanno effettuato uno screening da una libreria di capsidi virali basati su AAV9. Hanno aggiunto una sequenza genica che può essere riconosciuta dal recettore della transferrina al guscio inizialmente selezionato e, infine, hanno progettato un nuovo guscio AAV in grado di legarsi specificamente al recettore della transferrina umana e di migliorare la capacità di trasporto transmembrana delle cellule endoteliali cerebrali.

Per confermare ulteriormente l'efficacia del nuovo vettore in vivo, i ricercatori lo hanno iniettato in un "topo umanizzato". Il gene del recettore della transferrina del topo è stato sostituito con la versione umana per imitare meglio le proprietà della barriera ematoencefalica umana. I risultati sperimentali hanno evidenziato che il contenuto del nuovo AAV nel cervello del topo è 40-50 volte superiore a quello del tradizionale AAV9, si diffonde bene nel cervello e riesce a raggiungere efficacemente la maggior parte dei neuroni e degli astrociti.

Il team di ricerca ha inoltre provato a utilizzare il nuovo vettore per trasportare il gene sano GBA1 nel cervello del topo. Le mutazioni nel gene GBA1 sono strettamente associate a diverse malattie neurologiche, tra cui il morbo di Parkinson e la malattia di Gaucher. I risultati sperimentali hanno mostrato che il livello di espressione del gene GBA1 trasmesso dal nuovo vettore AAV nel cervello del topo era 30 volte superiore a quello del gene AAV9 ed era ampiamente distribuito.

Le due proprietà dell'efficiente somministrazione cerebrale e dell'ampia distribuzione sono molto importanti per il trattamento di patologie che interessano l'intero cervello, come l'Alzheimer e il Parkinson.

Successivamente, questo nuovo vettore dovrà essere testato clinicamente. Se i risultati saranno positivi anche sugli esseri umani, si spera che la qualità della vita di molti pazienti migliorerà in modo significativo.

originale:
Huang Q, Chan KY, et al. Un capside AAV riprogrammato per legare il recettore della transferrina umana media la trasmissione genica in tutto il cervello. Scienza. Online il 16 maggio 2024. DOI:10.1126/science.adm8386.

Questo articolo è un lavoro sostenuto dal Science Popularization China Creation Cultivation Program

Autore: Xu Sijia

Revisore: Li Chong, Direttore dell'Ufficio di ricerca, Facoltà di medicina clinica, Università di Tsinghua, Professore associato

Prodotto da: Associazione cinese per la scienza e la tecnologia Dipartimento di divulgazione scientifica

Produttore: China Science and Technology Press Co., Ltd., Pechino Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.