Nouvel espoir de la thérapie génique: un virus ciblant les neurones sauve des vies infantiles

Evelyn, une pétillante pétillante de presque trois ans aux boucles rouges, n'a rien d'inhabituel, sauf qu'elle ne devrait pas être là, bavardant avec un visiteur dans le salon de sa famille, virevoltant dans ses collants à la chanson de Pharrell Williams. "

La sœur aînée d'Evelyn, Josephine, présentait une atrophie musculaire spinale de type 1 (SMA1), une maladie génétique qui paralyse graduellement les bébés. Elle est morte à 15 mois. Evelyn était une grossesse inattendue, mais ses parents ont décidé d'avoir le bébé malgré une chance sur quatre d'une deuxième tragédie.

Peu de temps après la naissance d'Evelyn en décembre 2014, ils ont été ravagés d'apprendre des tests génétiques qu'elle-même avait elle aussi. "Nous savions à quoi nous avions affaire: nous l'aimerons aussi longtemps que possible", explique son père, Milan Villarreal. Mais la même nuit, en cherchant frénétiquement sur Internet, ils ont appris sur un essai clinique dans l'Ohio et ont envoyé un email. À l'âge de 8 semaines, Evelyn a reçu un traitement de thérapie génique qui a donné à son corps une protéine manquante cruciale.

Et maintenant elle est là, pas si différente de tout enfant en santé. Bien qu'elle ait des cuisses faibles et ne puisse pas courir normalement ou sauter, elle peut marcher rapidement, danser, tracer des lettres, lancer des blocs de mousse, porter une petite chaise et grimper sur les genoux de sa mère Elena. Après le chagrin de perdre leur premier bébé, les Villarreal ont regardé avec étonnement comme Evelyn a rampé, marché, et a parlé. "C'était juste un miracle. Chaque étape était comme une célébration. Nous avons ouvert une bouteille de vin pour chaque petite chose qu'elle a fait ", dit Milan.

MIKE SHANAHAN

Les résultats de l'essai auquel Evelyn a participé ont aussi emporté des chercheurs en thérapie génique, marquant ainsi l'un des succès les plus spectaculaires du domaine. Tous les 15 bébés traités pour SMA1, censés mourir avant l'âge de 2 ans, sont vivants à 20 mois ou plus, et la plupart peuvent s'asseoir, selon un rapport cette semaine dans le New England Journal of Medicine (NEJM). Comme Evelyn, un garçon marche. Bien qu'un médicament récemment approuvé pour SMA1 ait obtenu des effets similaires, il doit être injecté dans la colonne tous les 4 mois. La thérapie génique est conçue comme un traitement unique, et elle est simplement perfusée dans une veine. «Je n'ai jamais vu un effet [de la thérapie génique] aussi bon dans une maladie létale», explique le neurologue Jerry Mendell de l'hôpital Nationwide Children à Columbus, qui a dirigé le récent procès.

Les nouvelles ajoute à la fortune croissante de la thérapie génique. Un traitement pour une forme génétique de cécité, approuvé le mois dernier par un comité consultatif de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, est en passe d'être la première thérapie génique aux États-Unis approuvée pour une maladie héréditaire. Le mois dernier, une équipe a rapporté dans le NEJM que donner aux garçons une greffe de leurs propres cellules souches génétiquement modifiées pourrait stopper une maladie cérébrale dévastatrice. Une thérapie génique sur le marché en Europe a guéri les enfants atteints d'un trouble immunitaire mettant leur vie en danger, et d'autres personnes en développement ont aidé les hémophiles à se débarrasser des médicaments de la coagulation sanguine.

Mais l'étude SMA1 ouvre la voie car elle démontre la puissance d'un nouveau vecteur, un virus portant un gène thérapeutique qui, infusé dans une veine, peut transporter sa cargaison vers le système nerveux central, à travers la barrière hémato-encéphalique. Dans le passé, les efforts pour traiter les maladies neurologiques avec la thérapie génique avaient souvent des résultats médiocres, et la livraison du vecteur nécessitait parfois des trous de forage dans le crâne d'un patient. Maintenant, les scientifiques ont un succès incontesté de la thérapie génique dans le système nerveux central. Les résultats dissipent également les craintes que l'inondation de la circulation sanguine puisse conduire à une autre tragédie comme la mort d'un adolescent dans un essai de thérapie génique il y a 18 ans, qui a plongé le champ dans le désarroi.

La sécurité et le succès apparent du nouveau traitement encouragent d'autres chercheurs à utiliser la thérapie génique dans une veine ou la colonne vertébrale pour traiter des maladies neurologiques et musculaires infantiles rares, et même des troubles adultes courants tels que la maladie de Parkinson. «Cela ouvre un tout nouveau concept à un domaine qui a été très prudent», explique Federico Mingozzi, qui a récemment quitté l'organisme à but non lucratif français Généthon pour devenir directeur scientifique de la société de thérapie génique Spark Therapeutics à Philadelphie, en Pennsylvanie.

"Les gens vont regarder en arrière et voir cela comme une étape dans un nouveau type de médecine qui aura de vastes implications pour beaucoup et beaucoup de maladies", ajoute le chercheur en thérapie génique Steven Gray de l'Université de Caroline du Nord (UNC) à Chapel Colline.

Au début, quand les animaux étaient les patients, traiter les maladies neurologiques avec la thérapie génique semblait facile. Dans les années 1990, des chercheurs ont injecté dans le cerveau de souris nouveau-nés des troubles métaboliques avec des vecteurs viraux portant un gène manquant. Le résultat a été "choquant, c'était si bon", se souvient Mark Sands de l'École de médecine de l'Université de Washington à St. Louis, Missouri. Mais le cerveau d'une souris est minuscule, ajoute-t-il. "Le défi était de savoir comment vous pouvez passer d'un cerveau de souris pesant un demi-gramme au cerveau d'un enfant pesant 1000 grammes. C'est une différence d'échelle de 2000 fois. Comment faites-vous ce travail? "

Il s'est avéré que les chercheurs ne pouvaient pas. En 1996, une équipe a injecté des particules de graisse contenant un gène curatif dans les crânes de deux enfants qui avaient un trouble cérébral appelé maladie de Canavan. La recherche était controversée et n'a pas aidé les patients. Certains des mêmes chercheurs ont ensuite traité 13 autres patients de Canavan en leur creusant six trous dans le crâne et en leur injectant un vecteur façonné à partir d'un virus apparemment inoffensif connu sous le nom de virus adéno-associé (AAV); Un autre essai similaire d'AAV a eu lieu pour un autre trouble cérébral génétique grave de l'enfance, la maladie de Batten.

Cependant, aucun des deux traitements n'a fait beaucoup pour ralentir la maladie. Les chercheurs d'un essai avec des enfants taiwanais gravement handicapés à cause d'une déficience en deux substances chimiques du cerveau ont rapporté des bénéfices significatifs. Mais les résultats pour d'autres maladies ont été équivoques. Des études de singe ont suggéré que le vecteur AAV ne diffusait pas loin des sites d'injection, donc pas assez de cellules cérébrales ont probablement reçu le nouveau gène. «Ce sont des efforts héroïques à bien des égards, mais la technologie n'était pas idéale», explique M. Gray.

Une approche entièrement différente a donné les seuls succès solides dans la maladie neurologique. Les chercheurs ont prélevé des cellules souches sanguines sur des patients, ont utilisé du VIH modifié pour piquer un nouveau gène et ont réinjecté les cellules chez les patients. Certaines des cellules ont ensuite migré vers le cerveau et formé des cellules de soutien des neurones appelées glie qui ont produit une protéine nécessaire. Chez 15 garçons, selon une étude publiée le mois dernier dans le NEJM, cette thérapie génique «ex vivo» a arrêté une maladie mortelle appelée adrénoleucodystrophie (ALD), qui détruit la gaine de myéline autour des neurones. Des chercheurs italiens en thérapie génique ont rapporté des résultats comparables pour un traitement similaire administré à de jeunes patients atteints de leucodystrophie métachromatique.

Mais la thérapie génique ex vivo fonctionne mieux pour les maladies du cerveau causées par le manque de protéines sécrétées: les cellules transplantées peuvent le remplacer en retournant la molécule pour d'autres cellules neurales à ramasser. Pour de nombreux troubles, la protéine manquante fonctionne à l'intérieur des cellules, et ainsi toutes les cellules qui en ont besoin doivent recevoir le vecteur.

(SOURCE) CLINICALTRIALS.GOV

L'histoire du vecteur viral qui semble répondre à ce besoin commence par une mort. Au début des années 2000, un des leaders du domaine, le généticien James Wilson de l'Université de Pennsylvanie (UPenn), a été contraint de réorienter ses recherches. Wilson avait dirigé le procès de 1999 dans lequel Jesse Gelsinger, âgé de 18 ans, est mort d'une réaction immunitaire massive à un puissant vecteur d'adénovirus qu'il avait reçu pour traiter sa maladie du foie. Wilson, qui avait un intérêt financier dans le procès, a fait face à un procès par la famille et une enquête de la FDA, et il a finalement accepté une interdiction de 5 ans sur les principaux essais cliniques. Il s'est donc tourné vers la découverte de nouveaux types d'AAV, plus sûrs que les adénovirus et devenus un vecteur populaire.

En 2004, Guangping Gao et d'autres dans le laboratoire de Wilson ont rapporté qu'ils avaient passé au peigne fin les tissus humains et primates et trouvé plus de 100 nouveaux AAV avec un «tropisme», ou préférence, pour infecter des types spécifiques de cellules. Un type, AAV9, était "contrairement à tout autre AAV. Lorsque vous l'avez injecté dans le sang à une dose élevée, il est allé partout "-cœur, muscle, tissu cérébral-Wilson se souvient. Le plus tentant de tous était sa capacité à intégrer les neurones, qui sont la clé du traitement de nombreuses maladies cérébrales et spinales.

D'autres chercheurs se sont efforcés de confirmer l'amour d'AAV9 pour le système nerveux. En 2009, une équipe française et le laboratoire de Brian Kaspar à Nationwide ont publié des articles distincts qui ont galvanisé le terrain: administré par voie intraveineuse à des souris nouveau-nés, AAV9 traversait la barrière hémato-encéphalique, un réseau de cellules qui protège le système nerveux central contre les pathogènes. les toxines et les neurones infectés à travers la moelle épinière et le cerveau.

Lorsque l'équipe Nationwide était prête à essayer AAV9 chez les personnes, elle a choisi de cibler SMA1, la cause génétique la plus fréquente de la mort chez les bébés. Les nourrissons qui en sont atteints n'ont pas de gène SMN1 fonctionnel, qui code pour une protéine appelée neurone moteur de survie (SMN) qui soutient les neurones spinaux tout au long de la vie. La plupart des gens ont des copies multiples d'un gène de secours, SMN2, qui peut produire de petites quantités de SMN, limitant la gravité de la maladie. Mais ceux avec SMA1 ont seulement deux de ces gènes de sauvegarde, et beaucoup trop peu de la protéine cruciale.

Les bébés nés avec SMA1 sont flasques et ne peuvent pas bien sucer ou lever la tête; parce que les motoneurones spinaux manquent, leurs muscles s'affaiblissent et, à un moment donné, ils ne peuvent plus respirer par eux-mêmes et mourir. Une équipe dirigée par Kaspar a entrepris de développer un traitement par ingénierie AAV9 pour porter le gène SMN. Ils ont prévu de l'injecter par voie intraveineuse, après avoir montré que les souris nouveau-nées atteintes de SMA1 traitées de cette manière avaient une fonction motrice normale et une durée de vie normale.

Mais cela nécessiterait probablement des quantités massives de vecteur viral. Parce que les cellules du foie sont également une cible préférée des AAV, le foie enlève la plupart des AAV9 injectés dans le sang; une grande partie de ce qui reste va à d'autres tissus. En conséquence, moins de 1% de la dose originale traverse la barrière hémato-encéphalique, a estimé M. Gray alors qu'il était en postdocution avec Jude Samulski de UNC. Sur la base de la quantité nécessaire pour traiter les souris SMA1, l'équipe de Nationwide a proposé une dose thérapeutique de vecteur 100 fois plus élevée que celle jamais injectée dans le sang d'un patient dans un essai de thérapie génique.

Pourtant, des tests avec des singes ont suggéré que la dose serait sans danger. La FDA et le Comité consultatif de l'ADN recombinant, l'organisme des National Institutes of Health (NIH) qui examine la plupart des essais de thérapie génique aux États-Unis, ont approuvé l'étude, que Nationwide et une fondation ont accepté de financer. (Une nouvelle société cofondée par Kaspar, appelée AveXis, a financé les étapes ultérieures de l'essai après l'octroi de la licence à Nationwide.)

Pourtant, de nombreux chercheurs en thérapie génique ont retenu leur souffle, craignant une autre catastrophe de type Gelsinger. "Il y avait un certain nombre de personnes nerveuses. C'était une charge virale énorme donnée aux patients très jeunes ", dit Samulski.

Peu de temps après que le premier bébé a reçu une dose test de la thérapie AAV9, ses enzymes hépatiques ont grimpé à 31 fois la normale, signalant des dommages cellulaires possibles. "Je n'ai pas bien dormi cette nuit", dit Mendell. Mais les stéroïdes ont rapidement fait baisser les niveaux, et la FDA lui a conseillé de continuer, dit-il. Trois autres nourrissons ont développé des enzymes hépatiques élevées, mais il n'y avait aucun signe clinique de lésion hépatique et l'essai s'est poursuivi.

Bien que l'essai ait été principalement conçu pour tester l'innocuité de la thérapie, il est rapidement devenu évident que le gène introduit ralentissait l'atrophie du nourrisson. Au lieu de devenir floppier et de lutter pour respirer, ils sont devenus plus forts. Allongée sur le ventre, Evelyn a commencé un jour à lever la tête, se souvient Elena Villarreal. "C'était comme, c'est tout, c'est impossible avec SMA1." À l'heure actuelle, seulement huit des 15 bébés traités ont besoin d'aide d'un masque pour respirer. Et 11 des 12 qui ont reçu la plus grande des deux doses d'AAV9 - dont l'une a été traitée en retard, à six mois - peuvent s'asseoir au moins brièvement sans aide, manger et parler. Matteo, un garçon de Miami, en Floride, qui a reçu la thérapie seulement 27 jours après sa naissance, peut courir et atteint des étapes normales du développement, explique son père, Derwin Almeida.

Les résultats de l'essai sont "remarquables", affirme Charlotte Sumner, chercheuse SMA à l'Université Johns Hopkins de Baltimore, Maryland. Un médicament appelé nusinersen, composé d'un brin d'ARN qui aide le gène SMN2 à produire plus de protéines, a eu des effets tout aussi impressionnants chez les nourrissons SMA1 dans une étude en cours, et il a été approuvé par la FDA en décembre dernier. Mais la thérapie génique est attrayante en raison du «bénéfice unique», note Sumner.

Combien de temps le traitement va fonctionner est inconnu. Contrairement au VIH et aux autres virus utilisés pour la thérapie génique ex vivo, les AAV n'intègrent pas le gène thérapeutique dans le génome d'une cellule; ils le déposent sous la forme d'une boucle flottante d'ADN, ce qui signifie que les effets peuvent être perdus lorsque les cellules se copient. Mais les neurones ne se divisent pas, de sorte que le tissu traité devrait continuer à produire des protéines SMN pendant des années, dit Kevin Flanigan, directeur du centre de thérapie génique de Nationwide.

Si les bénéfices de la thérapie génique finissent par disparaître, les patients SMA1 auraient besoin d'un retraitement, et ils ont maintenant des anticorps anti-AAV9 qui pourraient l'entraver. Mais les chercheurs de Nationwide travaillent sur des contre-mesures, telles que la filtration des anticorps du sang ou l'administration de certains médicaments immunosuppresseurs, dit Mendell.

Une autre inquiétude lointaine est le cancer. Des études menées par Sands et d'autres chercheurs ont montré que lorsqu'ils sont administrés par voie intraveineuse à de fortes doses à des souris nouveau-nées, certains AAV peuvent intégrer leur ADN dans le génome et provoquer un cancer du foie. Sands note que les scientifiques ne savent pas encore si ces résultats sont pertinents pour les humains. Certains génothérapeutes sont rassurés sur le fait que le cancer du foie n'est pas apparu chez les centaines de patients exposés aux AAV lors d'essais antérieurs de thérapie génique.

AveXis a lancé une deuxième étude SMA1 et prévoit également traiter des formes plus légères de la maladie. Si les essais confirment la promesse de la thérapie, produire suffisamment de doses pour répondre aux besoins des patients sera un défi. Mais un porte-parole d'AveXis affirme qu'une nouvelle usine près de Chicago, Illinois, devrait avoir la capacité de produire des doses pour les 500 naissances SMA1 chaque année aux États-Unis et en Europe. La société n'a pas encore mis un prix sur le traitement, mais il sera probablement coûteux - les thérapies géniques sur le marché commandent plus de 700 000 $ par traitement.

WEILL CORNELL MÉDECINE CÉRÉBRALE ET CENTRE SPINIQUE

Maintenant que la thérapie génique AAV administrée par voie systémique à haute dose semble sûre, les équipes de Nationwide et d'ailleurs lancent des essais pour d'autres maladies neuromusculaires, qui viseront à délivrer un nouveau gène par IV aux cellules musculaires plutôt qu'aux neurones.

Les scientifiques explorent également la prochaine question pour AAV9: Peut-il aller au-delà de l'aide des neurones spinaux et atteindre profondément dans le cerveau à des niveaux assez élevés pour arrêter les maladies là-bas? Les premiers résultats pourraient provenir d'un essai en cours, sponsorisé par la société Abeona Therapeutics et géré par Nationwide, qui utilise la délivrance IV d'une thérapie génique AAV9 pour le syndrome de Sanfilippo de type A. Les enfants atteints de cette maladie n'ont pas besoin d'une enzyme pour détruire l'héparane sulfate, une molécule qui s'accumule dans le cerveau et cause des dommages évidents entre 2 et 6 ans. Un an après le traitement de trois enfants, le taux d'héparane sulfate dans le liquide céphalo-rachidien ont chuté brusquement, leurs foies élargis ont rétréci, et leurs scores sur les tests cognitifs non verbaux semblent s'être stabilisés, a rapporté Flanigan lors de réunions.

D'autres essais reposent sur les propriétés de recherche de neurones d'AAV9 mais l'administrent directement au système nerveux central d'un patient par une injection dans le liquide céphalo-rachidien ( voir tableau ). Cela nécessite moins de virus que la livraison IV, donc la fabrication ne sera pas autant d'un obstacle; il peut également fonctionner mieux pour les patients plus âgés, dont la barrière hémato-encéphalique est plus développée que celle des nourrissons. Et l'accouchement vertébral devrait réduire toute réponse immunitaire.

Dans le premier test de cette stratégie, un essai au NIH a donné à huit patients atteints d'une maladie appelée neuropathie axonale géante un vecteur AAV9 contenant un gène de remplacement pour le fautif, qui détruit les axones-cellules nerveuses transmettant les impulsions et affecte le cerveau. Gray, dont les études animales dans le laboratoire de Samulski ont jeté les bases du procès, dit qu'il est trop tôt pour rendre compte des résultats. Mais Lori Sames, de Rexford, New York, dont l'œuvre de bienfaisance Hannah's Hope Fund soutient les recherches de Gray, affirme que sa fille Hannah, âgée de 13 ans et traitée en fauteuil roulant en juillet 2016, a vu certaines améliorations: sa perte de vision s'est stabilisée; elle peut se nourrir et se soutenir. "Nous sommes vraiment heureux de ce que nous voyons", dit Sames.

Pour les patients atteints de SMA1 et d'autres troubles évolutifs, un traitement précoce est essentiel. "Une fois que les neurones sont partis, ils sont partis", explique le neurologue pédiatre Jonathan Mink du Centre médical de l'Université de Rochester à New York. Pour l'instant, les frères et soeurs d'enfants déjà atteints par ces maladies génétiques sont les plus susceptibles d'être identifiés suffisamment tôt pour un traitement préventif. Mais les groupes de patients demandent instamment que des maladies telles que ALD et SMA soient ajoutées aux tests de dépistage néonatal, ce qui pourrait élargir la portée de la thérapie.

Certains chercheurs restent sceptiques sur le fait que les nouvelles voies, moins invasives, d'AAV9 atteindront suffisamment de cellules cérébrales. "J'ai des doutes que cela va être largement applicable à d'autres troubles", en particulier chez les enfants plus âgés, dit Ronald Crystal de Weill Cornell Medicine à New York, qui a utilisé l'administration du crâne pour traiter la maladie de Batten.

D'autres génothérapeutes espèrent trouver de nouveaux vecteurs AAV qui sont encore meilleurs pour traverser la barrière hémato-encéphalique. Un groupe du California Institute of Technology à Pasadena en a identifié plusieurs, dont un variant AAV qui traverse la barrière 40 fois plus efficacement que l'AAV9 chez la souris. Voyager Therapeutics à Cambridge, au Massachusetts, affirme que ces vecteurs semblent aussi fonctionner chez les singes, bien que ces données restent inédites.

Aussi emballés que soient les génothérapeutes avec l'étude SMA1 qui a donné aux parents d'Evelyn leur petite fille dansante, ils regarderont avec anxiété si la même stratégie peut sauver plus d'enfants atteints de maladies génétiques sévères. Si c'est le cas, la place de la thérapie génique dans l'arsenal de la médecine sera assurée. Selon Wilson: "Ce n'était pas une amélioration modeste. C'est un changement transformationnel. C'est ce que nous avions toujours espéré que la thérapie génique serait. "

Nouvelles de la science, Par Jocelyn Kaiser 1er novembre 2017, 17h00

http://www.sciencemag.org/news/2017/11/gene-therapy-s-new-hope-neuron-targeting-virus-saving-infant-lives