Gentherapeutische Ansätze zur Behandlung von Seltenen Erkrankungen - Ingrid Pabinger-Fasching
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Gentherapeutische Ansätze zur
Behandlung von Seltenen Erkrankungen
Ingrid Pabinger-Fasching
Clinical Division of Haematology and Haemostaseology,
Department of Medicine I
Medical University of Vienna, Vienna, Austria
1
Interessenskonflikte
• Honoraria for occasional lectures and/or Advisory Board
Meetings from Portola, Bayer, Daiichi-Sanchyo, Pfizer
2
Gentherapie - Definitionen • Gene replacement: ersetzt ein fehlendes/abnormes Gen mit dem funktionellen (meist modifizierten) Gen (Transgene) in Zielorganen; Produktion des fehlenden/dysfunktionalen Proteins zur Korrektur des Krankheitsphänotyps. • Genetic therapy: temporäre Modifikation der Funktion eines existierenden Gens ohne permanente Änderung des Gens, zB. durch Antisense oligonucleotide. • Gene editing: Korrektur einer Mutation oder Modifikation der Genexpression zur Wiederherstellung der Genfunktion, zB. mittels CRISPR-Cas9
Gentherapeutikum
„Ein Gentherapeutikum ist ein biologisches Arzneimittel, dessen Wirkstoff eine Nukleinsäure (Träger
der Erbinformationen) enthält oder daraus besteht. Es wird eingesetzt, um eine
Nukleinsäuresequenz zu regulieren, zu reparieren, zu ersetzen, hinzuzufügen oder zu entfernen. Die
therapeutische, prophylaktische oder diagnostische Wirkung steht in unmittelbarem Zusammenhang
mit der rekombinanten Nukleinsäuresequenz, die es enthält oder mit dem Produkt, das auf Basis
dieser genetischen Information gebildet wird“
PEI Website, 11.10.2021
Liste von derzeit in der EU zugelassenen Gentherapeutika Paul-Ehrlich-Institut - Gentherapeutika (pei.de) PEI Website, 11.10.2021
Talimogene laherparepvec (Imlygic®, Zulassung 2015) • Patients with advanced melanoma • Attenuated herpes simplex virus type-1 (HSV-1) derived by functional deletion of 2 genes (ICP34.5 and ICP47) and insertion of coding sequence for human granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) • Local therapy (injection) into melanoma lesions
Tisagenlecleucel (Kymria®, 2014) • B-cell acute lymphoblastic leukaemia (ALL), in children and young adults up to 25 years of age or diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) in adults whose cancer has come back or did not respond after two or more previous treatments. • Contains the patient’s own T cells (a type of white blood cell) that have been modified genetically in the laboratory so that they make a protein called chimeric antigen receptor (CAR). CAR can attach to another protein on the surface of cancer cells called CD19. • When Kymriah is given to the patient, the modified T cells attach to and kill the cancer cells, thereby helping to clear the cancer from the body.
CAR-T cell therapy
Department of Medicine I
ulrich.jaeger@meduniwien.ac.at Uli Jäger
Division of Hematology and Hemostaseology 8
CAR-T construct, showing the genetically modified T-cell
expressing the chimeric antigen receptor directed
against CD19 expressed on the surface of a tumor cell.
El-Galaly, Acta Oncologica 2020
9
CAR-T manufacturing and treatment cycle
El-Galaly, Acta Oncologica 2020CAR-T Cell Therapy
A Living Drug
• CAR-T cells consist of fragments or domains of synthetic antibodies that allow the T cells to
recognize and target a specific antigen on cancer cells
• Unlike conventional chemotherapy, CAR-T cells can expand in vivo after infusion into the patient
and persist in circulation, potentially enhancing antitumor activity and preventing cancer cells from
returning1,2 3
Tumor-mediated CAR-T cell expansion
2 and elimination of cancer cells
Infusion into the
patient’s bloodstream
1 4
Persistence of
CAR-T cell CAR-T cells in
expansion ex vivo
the body
CAR, chimeric antigen receptor.
1. Zhao Z, et al. Cancer Cell. 2015;28(4):415-428; 2. Kawalekar OU, et al. Immunity. 2016;44(2):380-390.Clinical outcome (Phase 2 Study) in Diffuse Large B-Cell
Lymphoma
Schuster, NEJM 2019 12Atidarsagene autotemcel (Libmeldy®, 2020) • Children with metachromatic leukodystrophy (MLD) who have mutations in the ARSA gene. It is given to those with late infantile or early juvenile forms of the disease who have not yet developed symptoms or with initial symptoms • CD34+ positive stem cells are extracted from the blood or bone marrow. A gene allowing them to make ARSA is inserted into the CD34+ cells using a genetically altered lentivirus, which has been altered genetically so that it can carry the ARSA gene into cells • Libmeldy is transported in the bloodstream to the bone marrow where the CD34+ cells start to grow and make normal white blood cells that can produce working ARSA. These white blood cells spread through the body and produce ARSA, helping to break down sulfatides in the surrounding cells, and so controlling symptoms of the disease.
Voretigene neparvovec (Luxturna®, 2012, 2015) • Retinitis pigmentosa und Leber's congenital amaurosis • Luxturna is given as a single injection into the back of each eye, under the retina. The second eye should be treated at least 6 days after the first. • Consists of an adeno associated virus (AAV) that contains normal copies of the RPE65 gene.
Gentherapie bei retinaler
Erkrankung
High, NEJH, 2019 15Strimvelis® (2016) • Severe combined immunodeficiency due to adenosine deaminase deficiency (ADA-SCID) • Autologe CD34+ -angereicherte Zellfraktion, die CD34+ -Zellen enthält, die mit einem retroviralen Vektor transduziert werden, der für die humane Adenosin- Desaminase [ADA]-cDNA-Sequenz codiert. • Two samples of the patient’s bone marrow are collected, one to make Strimvelis and one that is kept as a back-up in case Strimvelis cannot be given or does not work. Strimvelis is given as an infusion. Before Strimvelis is given, patients receive conditioning (preparatory) treatment with busulfan. • Nebenwirkung: Ein Fall von lymphatischer T-Zell-Leukämie (akute Leukämie des T- Zelltyps) bei einem Patienten mit ADA-SCID 4,7 Jahre (1/33 Fällen) nach der Behandlung mit Strimvelis
Tegartus® (2020) • Adults with mantle cell lymphoma (a B-cell lymphoma) • The patient’s own T cells that have had the gene for a protein called chimeric antigen receptor (CAR) inserted by a retrovirus in the laboratory, which helps the T cell recognise and kill cancer cells. The modified T cells then make the CAR protein and present it on their surface. CAR can attach to another protein on the surface of cancer cells called CD19.
Yescarta® (2018) • Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) and primary mediastinal large B-cell lymphoma (PMBCL). • Yescarta contains the patient’s own T cells (a type of white blood cell) that have been modified genetically in the laboratory so that they make a protein called chimeric antigen receptor (CAR). CAR can attach to another protein on the surface of cancer cells called CD19
Onasemnogene abeparvovec (Zolgensma®, 2020) • Spinal muscular atrophy with defect in a gene known as SMN1 • Onasemnogene abeparvovec contains a functional copy of this gene • Adverse events: In 5/800 cases short after treatment thrombotic microangiopathy (TMA)
Betibeglogene autotemcel (Zynteglo®, 2013) • Beta thalassaemia in patients 12 years and older who require regular blood transfusions • Made individually for each patient out of stem cells collected from their blood. The stem cells taken from the patient’s blood are modified by a virus that carries working copies of the beta-globin gene into the cells
Gentherapie bei ß-Thalassämie
High, NEJH, 2019 21Gentherapie in der Hämophilie • Klinisches Bild und derzeitige Therapie der Hämophilie • Arten der Gentherapie bei der Hämophilie • Klinische Studienergebnisse
DIAGNOSE DER HÄMOPHILIE
• Anamnese (+Familienanamnese)
• ca 30% „spontane“ Fälle (= auch neue Mutationen)
• Suchtest: PTT (Kann bei leichter Form im
Normbereich sein)
• Bestimmung von Faktor VIII (Hämophilie A) /
FIX (Hämophilie B)
• Differentialdiagnose:
• von Willebrand-Syndrom (Insbesonders Typ II N)
• Erworbene „Hämophilie“
• MolekularbiologieDas klinische Bild der Hämophilie
über die letzten Jahrzehnte
Jahr Behandlung Zustand des Patienten Lebensqualität
Bis 1960 Keine Schwere Behinderungen Sehr schlecht
Früher Tod durch Blutungen
Bis 1970 Im Zentrum Hämophile Gelenks- und Schlecht
Muskelveränderungen
Bis 1980 Heimtherapie bei Hämophile Gelenks- und Gut
Blutungen Muskelveränderungen
„bei Bedarf“
Bis 2021 Heimtherapie, Fast „normal“ Fast „normal“
„Prophylaxe“
Derzeit Normalisierung des „Normal“ „Normal“
und FVIII/IX (Gentherapie)
Zukunft oder andere
TherapienPedigree branches showing transmission of putative
hemophilia from QueenVictoria of England to her
descendants in European royal families.
Rogaev et al, Science 2009, 326:817 25Prinz Alexej Romanow
Identifikation der Mutation in der Familie der
Romanows: Splice site Mutation im F9-Gen
Rogaev et al, Science 2009, 326:817Klinisches Erscheinungsbild
Schwere- Faktor- Klinisches Bild
grad spiegel
schwer < 1% Spontanblutungen in Gelenke, Muskulatur
und Weichteile.
Führt ohne Behandlung zu Invalidität und
Tod durch Verbluten
mittelschwer 1-5% Weniger Spontanblutungen; Gelenks - und
Muskelblutungen seltener, weniger stark
ausgeprägt
leicht 5-40% schwere Blutungen bei zusätzlichen
Risikosituationen (Operationen,
Verletzungen, zusätzliche Störungen der
Gerinnung, z.B. durch Medikamente)
28Grundpfeiler der Behandlung der Hämophilie Korrektur der hämostaseologischen Dysbalance z.B. Substitution Physiotherapie/Fitness/Sport Behandlung der Folgeerkrankungen z.B. Arthropathie, Infektionen Andere Therapeutika: z.B.Desmopressin/Antifibrinolytica
Gene therapy in hemophilia: mechanism of action
Gene therapy replaces or supplements a dysfunctional gene1
Mechanism of action:
Recombinant vectors based on viral platforms are used for gene transfer2
Vectors introduce the therapeutic gene into target somatic cells (transduction)2
The target cells are then able to produce the missing protein2
Gene therapy2,3
2 Endocytosis
3
Promoter Transgene Poly A 1 Receptor
binding Endosomal escape
Episomal
genome
Translation
Secreted
Protein
Nucleus Proteasome Nucleus
Translocation
Uncoating
Transcription MHC-1
4 processing
5 Episome Epitopes
CD8 + T cell
Most gene therapies under investigation for hemophilia use vectors
derived from AAV1
AAV: adeno-associated virus; MHC-1, major histocompatibility complex 1.
1. Kumar SR, et al. Mol Ther Methods Clin Dev. 2016;3:16034. 2. Ohmori T, et al. J Thromb Haemost 2015;13(Suppl. 1):S133–4. 3. Colella P, et al. Mol
Ther Methods Clin Dev 2018;8:87–104.Three essential tools for human gene therapy.
Dunbar et al, Science 2018 31History overview of gene therapy with adeno-associated
virus (AAV) in hemophilia
Dunbar et al, Science 2018 32Long term efficacy of gene
therapy in hemophilia B
FIX GPT
Nathwani et al, NEJM 2017 33T-cell response
Phase I/II results in Hemophilia B
George LA, et al. N Engl J Med 2017;377:2215–2227.Factor VIII levels after gene therapy with AAV5 vector
Rangarajan, NEJM 2017 35(Mögliche) Probleme der Gentherapie bei der Hämophilie
• Therapie nicht möglich wegen
• Antikörpern gegen FVIII/FIX
• Antikörpern gegen den Vektor (Adenoassoziiertes Virus)
• (Vorübergehende) Erhöhung der Leberenzyme
• Kurz nach der Gentherapie Abfall der FVIII/FIX Aktivität durch immunologische
Reaktion
• Nicht vorhersehbare Spiegel von Faktor VIII/IX nach der Therapie
• Langfristiger Abfall von Faktor VIII/IX nach der Therapie
• Bei Kindern (derzeit) nicht anwendbar
• Noch unbekannte Risken (z.B. maligne Erkrankungen)
36Gentherapie bei seltenen (monogenetischen)
Erkrankungen - Gedanken
• Riesige Erfolge in den letzten Jahren
• Für die Erkrankten kann zumindest für einen Teil von einer „Heilung“ bzw einer
ganz wesentlichen Besserung ausgegangen werden – aber genetisch bleiben
Patienten weiterhin „Überträger“
• Probleme noch nicht alle gelöst
• Akuttoxozität (z.B. bei CAR-T Zellen)
• Organ-Nebenwirkungen (z.B. vorübergehende Erhöhung der Leberwerte beid er
Hämophilie)
• Nicht immer ist die langfristige Wirkung gesichert
• Nachlassen der Wirkung nach Monaten/Jahren
• Langzeit-Nebenwirkungen noch nicht ganz bekannt
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