Генная терапия эпилепсии
Генная терапия изучается при лечении некоторых форм эпилепсии . [1] Он основан на вирусных или невирусных векторах для доставки ДНК или РНК в области мозга, где возникают судороги, чтобы предотвратить развитие эпилепсии или снизить частоту и/или тяжесть судорог . Генная терапия дала многообещающие результаты на ранних стадиях клинических испытаний других неврологических расстройств , таких как болезнь Паркинсона . [2] вселяя надежду, что это станет средством лечения трудноизлечимой эпилепсии .
Обзор
[ редактировать ]Эпилепсия относится к группе хронических неврологических расстройств , характеризующихся судорогами , от которых страдают более 50 миллионов человек, или 0,4–1% населения мира. [3] [4] Существуют базовые представления о патофизиологии эпилепсии, особенно форм, характеризующихся возникновением припадков из определенного участка головного мозга ( парциальная эпилепсия ). Хотя большинство пациентов реагируют на лечение, примерно у 20–30% состояние не улучшается при приеме противоэпилептических препаратов или они не переносят их . [5] [6] Таким пациентам операция по удалению эпилептогенной зоны может быть предложена в небольшом меньшинстве, но она неосуществима, если припадки возникают в областях мозга, которые необходимы для речи, зрения, движения или других функций. В результате многие люди с эпилепсией остаются без каких-либо вариантов лечения, и поэтому существует острая потребность в разработке инновационных методов лечения эпилепсии. [ нужна ссылка ]
Благодаря использованию переноса генов вирусного вектора с целью доставки ДНК или РНК в эпилептогенную зону несколько нейропептидов , ионных каналов и рецепторов нейротрансмиттеров продемонстрировали потенциал в качестве трансгенов для лечения эпилепсии. К векторам относятся аденовирусные и аденоассоциированные вирусные векторы (AAV), которые обладают свойствами высокой и эффективной трансдукции, простотой производства в больших объемах, широким кругом хозяев и расширенной экспрессией генов. [7] Лентивирусные векторы также показали многообещающие результаты.
Клинические исследования
[ редактировать ]Среди проблем клинической реализации генной терапии — возможные иммунные реакции на вирусные векторы и трансгены, а также возможность инсерционного мутагенеза , который может нанести ущерб безопасности пациентов. [8] Увеличение объема от объема, необходимого для испытаний на животных, до объема, необходимого для эффективной трансфекции человека, представляет собой трудную область, хотя она и преодолена при других заболеваниях. Благодаря размеру менее 20 нм AAV частично решает эти проблемы, позволяя ему проходить через внеклеточное пространство, что приводит к повсеместной трансфекции. Хотя лентивекторы могут интегрироваться в геном хозяина, это может не представлять риска для лечения неврологических заболеваний, поскольку взрослые нейроны не делятся и поэтому менее склонны к инсерционному мутагенезу. [ нужна ссылка ]
Вирусные подходы в доклинической разработке
[ редактировать ]При поиске метода лечения эпилепсии учитывают патофизиологию эпилепсии. Поскольку припадки, характеризующие эпилепсию, обычно возникают в результате чрезмерных и синхронных разрядов возбуждающих нейронов, логической целью лечения генной терапией является снижение возбуждения или усиление торможения. Из вирусных подходов исследуемыми нейропептидными трансгенами являются соматостатин, галанин и нейропептид Y (NPY). Однако аденозин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и ГАМК-рецепторы также набирают все большую популярность. Другими изучаемыми трансгенами являются калиевые каналы и инструменты подавления возбудимости по требованию ( оптогенетика и хемогенетика ). [ нужна ссылка ]
Аденозин
[ редактировать ]Аденозин — это ингибирующий нуклеозид, который действует как нейромодулятор , помогая модулировать функции мозга. Помимо нейропротекторных и противоэпилептических свойств, он обладает противовоспалительными свойствами. [6] Наиболее распространенная теория состоит в том, что при травме головного мозга увеличивается экспрессия аденозинкиназы ( ADK). Увеличение аденозинкиназы приводит к увеличению скорости метаболизма аденозиннуклеозидов. Из-за снижения содержания этих нуклеозидов, обладающих противоэпилептическими свойствами, и сверхэкспрессии АДК запускаются судороги, потенциально приводящие к развитию эпилептогенеза . [7] Исследования показали, что сверхэкспрессия ADK возникает в результате астроглиоза после черепно-мозговой травмы, что может привести к развитию эпилептогенеза. Хотя сверхэкспрессия ADK приводит к повышенной предрасположенности к судорогам, этим эффектам можно противодействовать и смягчаться аденозином. [9] Учитывая свойства аденозина по предотвращению судорог, а также одобрение FDA для лечения других заболеваний, таких как тахикардия и хроническая боль, аденозин является идеальной мишенью для разработки противоэпилептической генной терапии. [10]
Галанин
[ редактировать ]Галанин , обнаруженный в основном в центральной нервной системе ( лимбическая система , грушевидная кора и миндалевидное тело), играет роль в снижении долговременной потенциации (ДП), регулировании привычек потребления, а также в подавлении судорожной активности. [11] Было показано, что галанин, представленный еще в 1990-х годах Мазарати и др., обладает нейропротекторными и ингибирующими свойствами. На мышах с дефицитом рецепторов GalR1 была использована модель, вызванная пикротоксином, чтобы показать, что галанин играет роль в модуляции и предотвращении потери клеток воротничка, а также в уменьшении продолжительности индуцированных судорог. [12] Проведенные исследования подтверждают эти данные о предотвращении потери внутригрудных волосковых клеток, уменьшении количества и продолжительности индуцированных судорог, повышении порога стимуляции, необходимого для индуцирования судорог, и подавлении высвобождения глутамата, который может повысить восприимчивость к судорогам. [6] [11] [13] Экспрессия галанина может быть использована для значительного смягчения и снижения судорожной активности и ограничения гибели эпилептических клеток. [11]
Нейропептид Y
[ редактировать ]Нейропептид Y (NPY), который содержится в вегетативной нервной системе , помогает модулировать гипоталамус и, следовательно, привычки потребления. [6] Были проведены эксперименты по определению влияния NPY на животных моделях до и после индуцированных судорог. [6] [14] Чтобы оценить эффект до приступов, в одном исследовании за 8 недель до разжигания были вставлены векторы , что показало увеличение порога приступов. Чтобы оценить эффекты после наличия эпилептогенеза , векторы вводили в гиппокамп крыс после индукции судорог. Это привело к снижению судорожной активности. Эти исследования установили, что NPY повышал порог судорожной готовности у крыс, останавливал прогрессирование заболевания и уменьшал продолжительность приступов. [6] [14] После изучения влияния NPY на поведенческие и физиологические реакции было обнаружено, что он не влияет на LTP, обучение или память. [14] Протокол переноса гена NPY находится на рассмотрении FDA. [13]
Соматостатин
[ редактировать ]Соматостатин — это нейропептид и нейромодулятор , который играет роль в регуляции гормонов, а также способствует сну и двигательной активности. В первую очередь он обнаруживается в интернейронах, которые модулируют скорость срабатывания пирамидных клеток преимущественно на локальном уровне. Они упреждающе ингибируют пирамидные клетки. В серии исследований, в которых соматостатин был экспрессирован на модели киндлинга на грызунах , был сделан вывод, что соматостатин приводил к уменьшению средней продолжительности судорог, увеличивая его потенциал в качестве противосудорожного препарата. [15] Теория использования соматостатина заключается в том, что если пирамидные клетки уничтожаются, то прямая связь, также известная как торможение, теряется. Интернейроны, содержащие соматостатин, несут нейротрансмиттер ГАМК, который в первую очередь гиперполяризует клетки, что и является источником теории прямой связи. Надежда генной терапии заключается в том, что за счет сверхэкспрессии соматостатина в определенных клетках и повышения ГАМКергического тонуса можно восстановить баланс между торможением и возбуждением. [6] [14]
Калийные каналы
[ редактировать ]Kv1.1 представляет собой потенциалзависимый калиевый канал, кодируемый геном KCNA1 . Он широко экспрессируется в головном мозге и периферических нервах и играет роль в контроле возбудимости нейронов и количества нейромедиаторов, высвобождаемых из окончаний аксонов. успешной генной терапии с использованием лентивирусной доставки KCNA1 Сообщалось об на модели фокальной эпилепсии моторной коры грызунов . [16] Лечение переносилось хорошо, без заметного влияния на сенсомоторную координацию. Генная терапия с модифицированным калиевым каналом, проводимая с использованием либо неинтегрирующего лентивектора , который позволяет избежать риска инсерционного мутагенеза , либо AAV, также показала свою эффективность на других моделях эпилепсии. [17]
Оптогенетика
[ редактировать ]Потенциальным препятствием для клинического применения генной терапии является то, что манипуляции с генетической структурой нейронов, опосредованные вирусными векторами, необратимы. Альтернативный подход заключается в использовании инструментов для подавления возбудимости нейронов и цепей по требованию. Первым таким подходом было использование оптогенетики . Несколько лабораторий показали, что ингибирующий светочувствительный белок галородопсин может подавлять приступообразные выделения in vitro, а также эпилептическую активность in vivo. [18] [19] [20] [21] Недостатком оптогенетики является то, что свет необходимо доставить в область мозга, экспрессирующую опсин . Этого можно достичь с помощью оптоволокна с лазерной связью или светодиодов, но это инвазивно. [ нужна ссылка ]
Хемогенетика
[ редактировать ]Альтернативным подходом к контролю возбудимости цепей по требованию, который не требует доставки света в мозг, является использование хемогенетики . Это основано на экспрессии мутировавшего рецептора в очаге приступа, который не реагирует на эндогенные нейротрансмиттеры , но может быть активирован экзогенным лекарственным средством. Рецепторы , связанные с G-белком, мутировавшие таким образом, называются дизайнерскими рецепторами, исключительно активируемыми дизайнерскими лекарствами (DREADD) . Сообщалось об успехе в лечении эпилепсии с использованием ингибирующего DREADD hM4D(Gi), который является производным мускаринового рецептора M4 . [22] AAV-опосредованная экспрессия hM4D(Gi) в модели фокальной эпилепсии на грызунах сама по себе не имела никакого эффекта, но при активации препаратом N-оксид клозапина она подавляла судороги. Лечение не имело заметных побочных эффектов и в принципе пригодно для клинического применения . Оланзапин был идентифицирован как полноценный и мощный активатор hM4D(Gi). [23] Вариант хемогенетики с «замкнутым контуром» для остановки судорог, который позволяет избежать необходимости в экзогенном лиганде, основан на глутамат-управляемом хлоридном канале, который ингибирует нейроны всякий раз, когда повышается внеклеточная концентрация возбуждающего нейромедиатора глутамата. [24]
КРИСПР
[ редактировать ]Мышиную модель синдрома Драве лечили с помощью варианта CRISPR , который основан на направляющей РНК и мертвом белке Cas9 ( dCas9 ) для рекрутирования транскрипции активаторов в промоторную область гена натриевого канала Scn1a в интернейронах . [25]
Невирусные подходы
[ редактировать ]Магнитофекция осуществляется за счет использования суперпарамагнитных наночастиц оксида железа, покрытых полиэтиленимином . Наночастицы оксида железа идеально подходят для биомедицинского применения в организме благодаря их биоразлагаемой, катионной, нетоксичной и одобренной FDA природе. В условиях переноса генов интересующие рецепторы покрыты наночастицами. Затем рецепторы направятся к интересующей цели. После стыковки частицы ДНК доставляется в клетку посредством пиноцитоза или эндоцитоза . При доставке температура слегка повышается, что приводит к лизису наночастиц оксида железа и высвобождению ДНК. В целом этот метод полезен для борьбы с медленным накоплением переносчиков и низкой концентрацией переносчиков в целевых районах. Этот метод также можно адаптировать к физическим и биохимическим свойствам рецепторов путем изменения характеристик наночастиц оксида железа. [26] [27]
Будущие последствия
[ редактировать ]Использование генной терапии при лечении неврологических расстройств, таких как эпилепсия, представляет собой все более жизнеспособную область текущих исследований, основными целями которых являются соматостатин , галанин , нейропептид y , калиевые каналы , оптогенетика и хемогенетика эпилепсии. Поскольку область генной терапии продолжает расти и показывает многообещающие результаты в лечении эпилепсии среди других заболеваний, необходимо провести дополнительные исследования для обеспечения безопасности пациентов, разработки альтернативных методов доставки ДНК и поиска возможных методов увеличения объемов доставки. [28] [29]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уокер MC, Шорге С., Куллманн Д.М., Уайкс Р.К., Хирома Дж.Х., Мантоан Л. (сентябрь 2013 г.). «Генная терапия при эпилептическом статусе» (PDF) . Эпилепсия . 54 (Приложение 6): 43–5. дои : 10.1111/epi.12275 . ПМИД 24001071 .
- ^ Палфи С., Гурручага Дж.М., Ральф Г.С., Лепетит Х., Лависс С., Баттери ПК и др. (март 2014 г.). «Долгосрочная безопасность и переносимость ProSavin, генной терапии болезни Паркинсона на основе лентивирусного вектора: повышение дозы, открытое исследование фазы 1/2». Ланцет . 383 (9923): 1138–46. дои : 10.1016/S0140-6736(13)61939-X . ПМИД 24412048 . S2CID 4993549 .
- ^ Хиросе Дж. (май 2013 г.). «[Обзор эпилепсии: ее история, классификация, патофизиология и лечение]». Мозг и нервы = Синкей Кенкю Но Синпо . 65 (5): 509–20. ПМИД 23667116 .
- ^ Сандер Дж.В., Шорвон С.Д. (ноябрь 1996 г.). «Эпидемиология эпилепсии» . Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии . 61 (5): 433–43. дои : 10.1136/jnnp.61.5.433 . ПМК 1074036 . ПМИД 8965090 .
- ^ Пати С., Алексопулос А.В. (июль 2010 г.). «Фармакорезистентная эпилепсия: от патогенеза к современным и новым методам лечения» . Медицинский журнал Кливлендской клиники . 77 (7): 457–67. дои : 10.3949/ccjm.77a.09061 . ПМИД 20601619 . S2CID 8184157 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Вайнберг М.С., МакКаун Т.Дж. (июнь 2013 г.). «Современные перспективы и проблемы генной терапии эпилепсии» . Экспериментальная неврология . 244 (Специальный): 27–35. дои : 10.1016/j.expneurol.2011.10.003 . ПМК 3290712 . ПМИД 22008258 .
- ^ Jump up to: а б Нэгеле-младший, Майсано X, Ян Дж, Ройстон С, Рибейро Э (май 2010 г.). «Последние достижения в области стволовых клеток и генной терапии неврологических расстройств и трудноизлечимой эпилепсии» . Нейрофармакология . 58 (6): 855–64. doi : 10.1016/j.neuropharm.2010.01.019 . ПМЦ 2838966 . ПМИД 20146928 .
- ^ Джакка М (2010). Генная терапия . Нью-Йорк: Спрингер. стр. 284–86. ISBN 978-88-470-1642-2 .
- ^ Бойзон Д. (декабрь 2006 г.). «Аденозинкиназа, эпилепсия и инсульт: механизмы и методы лечения». Тенденции в фармакологических науках . 27 (12): 652–8. дои : 10.1016/j.tips.2006.10.008 . ПМИД 17056128 .
- ^ Бойзон Д., Стюарт К.А. (декабрь 2009 г.). «Терапевтические исследования эпилепсии: от фармакологического обоснования к фокальной аугментации аденозина» . Биохимическая фармакология . 78 (12): 1428–37. дои : 10.1016/j.bcp.2009.08.005 . ПМК 2766433 . ПМИД 19682439 .
- ^ Jump up to: а б с МакКаун, Ти Джей (июль 2006 г.). «Адено-ассоциированная вирусная экспрессия и конститутивная секреция галанина подавляют лимбическую судорожную активность in vivo» . Молекулярная терапия . 14 (1): 63–8. дои : 10.1016/j.ymthe.2006.04.004 . ПМИД 16730475 .
- ^ Мазарати А.М., Халаси Э., Телегди Г. (август 1992 г.). «Противосудорожное действие галанина, введенного в центральную нервную систему, при судорогном синдроме, вызванном пикротоксином, у крыс». Исследования мозга . 589 (1): 164–6. дои : 10.1016/0006-8993(92)91179-i . ПМИД 1384926 . S2CID 39796913 .
- ^ Jump up to: а б Лёшер В., Гернерт М., Хайнеманн У. (февраль 2008 г.). «Клеточная и генная терапия эпилепсии – многообещающие пути или тупик?». Тенденции в нейронауках . 31 (2): 62–73. дои : 10.1016/j.tins.2007.11.012 . ПМИД 18201772 . S2CID 33488218 .
- ^ Jump up to: а б с д Симонато М (сентябрь 2014 г.). «Генная терапия эпилепсии» . Эпилепсия и поведение . 38 : 125–30. дои : 10.1016/j.yebeh.2013.09.013 . ПМИД 24100249 . S2CID 18881057 .
- ^ Зафар Р., Кинг М.А., Карни П.Р. (февраль 2012 г.). «Аденосвязанная экспрессия соматостатина, опосредованная вирусным вектором, в гиппокампе крысы подавляет развитие судорог». Письма по неврологии . 509 (2): 87–91. дои : 10.1016/j.neulet.2011.12.035 . ПМИД 22245439 . S2CID 34166460 .
- ^ Wykes RC, Heeroma JH, Mantoan L, Zheng K, MacDonald DC, Deisseroth K и др. (ноябрь 2012 г.). «Оптогенетическая генная терапия и калиевые каналы на модели фокальной неокортикальной эпилепсии на грызунах» . Наука трансляционной медицины . 4 (161): 161ра152. doi : 10.1126/scitranslmed.3004190 . ПМЦ 3605784 . ПМИД 23147003 .
- ^ Снежок А., Шаброль Е., Вайкс Р.К., Шех-Ахмад Т., Корнфорд Дж.Х., Либ А. и др. (апрель 2019 г.). «Генная терапия эпилепсии с использованием инженерного калиевого канала» . Журнал неврологии . 39 (16): 3159–3169. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1143-18.2019 . ПМК 6468110 . ПМИД 30755487 .
- ^ Тоннесен Дж., Соренсен А.Т., Дейссерот К., Лундберг С., Кокая М. (июль 2009 г.). «Оптогенетический контроль эпилептиформной активности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (29): 12162–7. Бибкод : 2009PNAS..10612162T . дои : 10.1073/pnas.0901915106 . ПМЦ 2715517 . ПМИД 19581573 .
- ^ Wykes RC, Heeroma JH, Mantoan L, Zheng K, MacDonald DC, Deisseroth K и др. (ноябрь 2012 г.). «Оптогенетическая генная терапия и калиевые каналы на модели фокальной неокортикальной эпилепсии на грызунах» . Наука трансляционной медицины . 4 (161): 161ра152. doi : 10.1126/scitranslmed.3004190 . ПМЦ 3605784 . ПМИД 23147003 .
- ^ Крук-Магнусон Э., Армстронг К., Ойала М., Солтес И. (01.01.2013). «Оптогенетический контроль спонтанных припадков по требованию при височной эпилепсии» . Природные коммуникации . 4 : 1376. Бибкод : 2013NatCo...4.1376K . дои : 10.1038/ncomms2376 . ПМЦ 3562457 . ПМИД 23340416 .
- ^ Пас Дж.Т., Дэвидсон Т.Дж., Фречетт Э.С., Делорд Б., Парада И., Пэн К. и др. (январь 2013 г.). «Замкнутый оптогенетический контроль таламуса как инструмент прерывания судорог после коркового повреждения» . Природа Нейронауки . 16 (1): 64–70. дои : 10.1038/nn.3269 . ПМК 3700812 . ПМИД 23143518 .
- ^ Кетцель Д., Николсон Э., Шорге С., Уокер М.К., Куллманн Д.М. (май 2014 г.). «Химико-генетическое затухание фокальных неокортексных судорог» . Природные коммуникации . 5 : 3847. Бибкод : 2014NatCo...5.3847K . дои : 10.1038/ncomms4847 . ПМК 4050272 . ПМИД 24866701 .
- ^ Уэстон М., Касерер Т., Ву А., Муравлев А., Карпентер Дж.К., Снежок А. и др. (апрель 2019 г.). «Оланзапин: мощный агонист hM4D(Gi) DREADD, поддающийся клиническому использованию хемогенетики» . Достижения науки . 5 (4): eaaw1567. Бибкод : 2019SciA....5.1567W . дои : 10.1126/sciadv.aaw1567 . ПМК 6469940 . ПМИД 31001591 .
- ^ Либ А., Цю Ю., Диксон С.Л., Хеллер Дж.П., Уокер М.С., Шорге С., Куллманн Д.М. (сентябрь 2018 г.). «Биохимическая ауторегуляторная генная терапия фокальной эпилепсии» . Природная медицина . 24 (9): 1324–1329. дои : 10.1038/s41591-018-0103-x . ПМК 6152911 . ПМИД 29988123 .
- ^ Коласанте Дж., Линьяни Дж., Бруско С., Ди Берардино С., Карпентер Дж., Джаннелли С. и др. (январь 2020 г.). «Активация гена Scn1a на основе dCas9 восстанавливает тормозную возбудимость интернейронов и ослабляет судороги у мышей с синдромом Драве» . Молекулярная терапия . 28 (1): 235–253. дои : 10.1016/j.ymthe.2019.08.018 . ПМК 6952031 . ПМИД 31607539 .
- ^ Арсианти М., Лим М., Хатри А., Рассел П., Амаль Р. (2008). «Перспективы новых магнитных наночастиц для применения в генной терапии: синтез, стабилизация и доставка генов». Chemeca 2008: На пути к устойчивому развитию Австралии : 734.
- ^ Шерер Ф., Антон М., Шиллингер У., Хенке Дж., Бергеманн С., Крюгер А. и др. (январь 2002 г.). «Магнитофекция: усиление и нацеливание доставки генов с помощью магнитной силы in vitro и in vivo» . Генная терапия . 9 (2): 102–9. дои : 10.1038/sj.gt.3301624 . ПМИД 11857068 .
- ^ Крук-Магнусон Э, Солтес I (март 2015 г.). «За пределами молотка и скальпеля: селективный контроль эпилепсии» . Природа Нейронауки . 18 (3): 331–8. дои : 10.1038/nn.3943 . ПМК 4340083 . ПМИД 25710834 .
- ^ Куллманн Д.М., Шорге С., Уокер М.К., Уайкс Р.К. (май 2014 г.). «Генная терапия при эпилепсии – пришло ли время клинических испытаний?» . Обзоры природы. Неврология . 10 (5): 300–4. дои : 10.1038/nrneurol.2014.43 . ПМИД 24638133 . S2CID 16544426 .