安全脑靶向基因疗法:发现病毒载体通过血脑屏障所需的结构

来源: 药渡  Tue Feb 13 16:28:35 CST 2018 A- A+

作者 MedBird

基因疗法研究最新进展:发现基因疗法的病毒载体通过血脑屏障所需的结构。这个结构是8个紧密排列的一组氨基酸,是较低剂量脑部和脊柱疾病基因治疗的关键因素。该结构有利于高选择性脑部基因疗法研发,也有利于肝脏毒性的降低。

基因疗法有望彻底改变许多疾病的治疗方式,包括ALS等神经系统疾病。但是传递治疗基因的小病毒在高剂量时可能会有不良副作用。那病毒又是如何通过血脑屏障,最近北卡罗来纳大学(UNC)医学院的研究人员发现病毒从血液进入大脑所依靠的结构,这也是基因疗法能以较低剂量治疗大脑和脊柱疾病的关键因素。

“这些病毒有效地进入大脑的结构“footprint”的发现,可以帮助设计潜在更安全的脑靶向基因疗法。”研究作者Aravind Asokan博士说道。该研究已发表于《Molecular Therapy》的2月期刊上,主要针对腺相关病毒(AAV),基因治疗中常用的病毒载体。我们被处在自然形态下的这些小病毒感染,通常不会引发疾病。因此基因治疗中,科学家们移除大部分AAV基因组,用治疗性基因物质取代它,然后拷贝数万亿份,注入患者体内。

原则上,科学家可以修饰AAV感染某些特定的细胞而不影响其他,从而将其集中在最需要的地方。但是大多数AAV不容易从血液进入大脑。与其他病毒一样,它们往往被紧密连接大脑毛细血管的细胞即血脑屏障阻断。为了在脑部达到治疗效果,有时必须使用高剂量的AAV,这就提高了剂量依赖毒性的可能。

对于这项研究,Albright、Asokan和他的同事们试图分离出使AAV更容易穿过血脑屏障的特征。他们从两种已知的AAV开始,一种不能有效穿过血脑屏障,而另一种可以。他们通过让着两种AAV一个到另外一个交换短DNA片段,创建一个小型AAV变种库。然后他们在小鼠身上测试这些变种通过血脑屏障的能力。

通过这种方式,他们在病毒包被上分离出了一组氨基酸。这仅包括8个紧密排列的氨基酸,却赋予病毒有效跨越血脑屏障的能力。Albright说:将这种结构footprint移植到另一种AAV菌株上,从而使它们更容易进入大脑。”

该发现表明,其他针对大脑或脊髓的基因疗法所用的AAV,也可以通过与此相同或相似的一组氨基酸来改善。这有利于更有效地通过血脑屏障,因此原则上只需要较小剂量来就可达到治疗神经系统类疾病的效果。

较低AAV剂量本身就意味着更小的副作用。但这项研究另一最大的意义在于,UNC的科学家发现了另一潜在安全利益:与其亲本毒株相比,含有此关键氨基酸组的AAV变体,不太可能进入其他非脑细胞,包括肝细胞,因此可以降低肝毒性。当需要高剂量时,短暂的肝毒性是基因治疗中的一个重要问题。Asokan说到:“我们还发现,含有这组关键氨基酸footprint的AAV变体会优先进入神经元,而不是其他的脑细胞。这对设计针对大脑的基因疗法尤其有用。”

针对神经系统疾病的基因疗法,目前大部分处于临床前或者临床研究中,包括治疗ALS、亨廷顿舞蹈病、脊髓性肌萎缩症、弗里德里希共济失调,还有其他疾病。这组AAV氨基酸如何使病毒通过血脑屏障的具体分子机制还未破解,而又如何让这种血脑屏障通过所依赖的结构因物种而异,相信UNC研究人员将会继续研究给大家答疑。我们期待这方面跟多的进展来推动神经系统性疾病的研究。

原标题:安全脑靶向基因疗法的曙光:发现病毒载体通过血脑屏障所需的结构

参考:

1. Mapping the Structural Determinants Required forAAVrh.10 Transport across the Blood-Brain Barrier. Molecular Therapy, 2017; DOI:10.1016/j.ymthe.2017.10.017

2. Gene therapyresearchers find a viral barcode to cross the blood-brain barrier

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