Si las terapias génicas van a realizar su enorme potencial terapéutico y comercial, necesitarán vehículos de entrega bien diseñados, y muchos de ellos. A corto plazo, la mayoría de estos vehículos probablemente serán vectores virales. Los vectores virales tienen una ventaja sobre los vectores no virales, que son muy prometedores pero aún tienen dificultades para comprarlos en los ensayos clínicos. Por lo tanto, durante algún tiempo, los vectores virales dominarán como medio para administrar terapias génicas in vivo. (Para aplicaciones ex vivo, puede haber opciones de transfección adicionales).
Los vectores virales generalmente consisten en un casete de expresión que codifica el gen terapéutico, así como un promotor de la transcripción, un transgén y una secuencia señal de poliA. La gran mayoría de la información genética viral original se elimina (96 % en el caso de virus adenoasociados, o AAV), y solo se retienen secuencias cortas de repeticiones terminales invertidas (ITR) que son esenciales para la expresión, la producción y el empaquetado. .
Aunque los vectores virales pueden modificarse de varias maneras para mejorar su seguridad y eficacia, también deben optimizarse para la producción a escala comercial. En consecuencia, los vectores virales podrían beneficiarse si se diseñaran de acuerdo con los principios de diseño industrial. El diseño industrial abarca no solo la forma y las características de un producto, sino también la capacidad de fabricación del producto.
En este artículo, veremos cómo varias empresas están aportando una sensibilidad de diseño industrial a los vectores virales. En su mayor parte, estas empresas están interesadas en facilitar la terapia génica tal como la conocemos. Es decir, tienen la intención de mejorar la capacidad de las terapias génicas para corregir la causa raíz de una enfermedad reemplazando los genes defectuosos o faltantes responsables de la afección. Además, existe interés en futuras aplicaciones. Por ejemplo, los vectores virales podrían desempeñar su papel en las terapias génicas que entrenan al sistema inmunitario para tolerar tejidos extraños. Tales terapias génicas podrían ayudar a que los trasplantes de órganos sean más exitosos.
Desafíos de producción
El primer vector viral para expresar un gen extraño se creó en 1972.1 En las décadas posteriores, los vectores virales se han utilizado para aplicaciones que van desde la modificación de líneas celulares hasta el desarrollo de cultivos.
Desafortunadamente para las empresas de terapia génica, la ciencia de los vectores virales ha tendido a superar a la tecnología de producción de vectores virales. Los métodos de producción actualmente disponibles tienen dificultades para satisfacer la creciente demanda, dice Mercedes Segura Gally, PhD, vicepresidenta de desarrollo de procesos en ElevateBio, una empresa de tecnología de terapia celular y génica con sede en Cambridge, MA.
“Los procesos de fabricación en torno a los vectores virales son complejos y aún están en pañales en comparación con los procesos existentes para otros productos biológicos, como los anticuerpos monoclonales”, explica. “La mayoría de los procedimientos de producción de vectores ampliamente utilizados, como los vectores AAV y los vectores de lentivirus (LV), se basan en la transfección transitoria de células adherentes en sistemas de cultivo 2D. Estos procedimientos simplemente no se pueden escalar fácilmente y, a menudo, carecen de la alta productividad necesaria para satisfacer la creciente demanda.
“Además de las limitaciones del proceso de producción aguas arriba, la naturaleza biológica compleja y el gran tamaño de los vectores virales también dificultan el desarrollo de procesos de purificación y cosecha aguas abajo eficientes. La ineficiencia general de los procesos de producción actuales [and the] la falta de herramientas analíticas en proceso confiables son obstáculos importantes para el rápido desarrollo de procesos que sean lo suficientemente robustos y escalables para satisfacer la creciente demanda de vectores clínicos”.
Una plataforma escalable
Las limitaciones de capacidad han impulsado el desarrollo de plataformas de producción de vectores escalables. Una de esas plataformas, señala Gally, es el sistema BaseCamp de ElevateBio.
Las instalaciones de fabricación de terapia génica dependen de una importante infraestructura de trastienda. Por ejemplo, Elevate Bio BaseCamp en Waltham, MA, es una instalación de fabricación de terapia génica que tiene el beneficio de un cuarto de servicio generosamente equipado. Cuando Elevate Bio recibió el Premio a la instalación del año 2021 por excelencia operativa, la empresa reconoció no solo a su propio personal, sino también a un equipo de proveedores de servicios que incluía arquitectos, ingenieros, gerentes de construcción y subcontratistas.
“Nuestra plataforma escalable basada en suspensión para vectores LV y AAV ha demostrado una alta productividad volumétrica de rendimientos de vectores clínicamente relevantes”, afirma Gally. “[The platform] permite una transición rápida y eficiente a través de las etapas preclínica, clínica y comercial.
“Esta velocidad y eficiencia se pueden atribuir a nuestro uso de materias primas estándar, equipos de procesamiento de última generación, pasos de procesamiento de operaciones unitarias establecidas y métodos analíticos y procedimientos operativos mejorados. Los mayores rendimientos de vectores de alta calidad combinados con tiempos de desarrollo más cortos ayudarán a reducir en última instancia el costo de fabricación de vectores y harán que estas terapias sean más accesibles para los pacientes que las necesitan”.
Consideraciones de diseño de vectores
El diseño vectorial es otra área que ve mucha innovación. En los últimos años, las nuevas técnicas de biología molecular han brindado a los científicos las herramientas para comenzar a “diseñar” vectores como nunca antes.
“El diseño de vectores de terapia génica permite un mejor tropismo del tejido objetivo, una mayor eficiencia de transducción y expresión transgénica, menor inmunogenicidad, menor genotoxicidad y mejor capacidad de fabricación”, detalla Gally. “Estas métricas son algunos de los elementos clave a considerar al desarrollar terapias génicas basadas en virus.
“Muchos enfoques novedosos para la ingeniería de la cápside se han basado en la detección a gran escala de bibliotecas de vectores de ingeniería diseñadas racionalmente o aislados naturales de múltiples especies. Se incorporan técnicas de biología molecular para introducir cambios en las secuencias de vectores que mejoran la actividad biológica, como la optimización de codones y la incorporación de elementos reguladores. Paralelamente, se emplean métodos de cribado funcional multiplex y de alto rendimiento para facilitar la selección de vectores adecuados en función de las necesidades de la aplicación terapéutica”.
Esta opinión es compartida por Smitha Jagadish, PhD, directora sénior de neurociencia e investigación del dolor en Grünenthal, una compañía farmacéutica con sede en Aquisgrán, Alemania. Ella dice que en la terapia génica, la ingeniería de la cápside es un “campo candente”.
“Muchas empresas están desarrollando cápsides novedosas de última generación que serán el futuro de la terapia génica”, explica. “Esto va de la mano con los procesos de fabricación actuales que deben mejorarse en órdenes de magnitud para reducir los costos de estas terapias.
“La optimización debe orientarse hacia la mejor eficacia con la menor cantidad de dosis de vector y el mejor perfil de seguridad con una vía de administración dada. La cápside optimizada que codifica el casete de expresión que transduce el tipo de célula y el tejido de interés es entonces el candidato clínico principal”.
Un enfoque dirigido
Esta revolución en el diseño de vectores de terapia génica está permitiendo a los investigadores buscar nuevas aplicaciones. Por ejemplo, los científicos de CombiGene, una empresa de biotecnología con sede en Lidingö, Suecia, utilizaron el diseño de vectores para desarrollar CG01, un candidato de tratamiento para la epilepsia focal resistente a los medicamentos. Utiliza un vector AAV para entregar, directamente a la parte del cerebro donde se originan los ataques epilépticos, una carga útil genética que codifica la combinación del neuropéptido Y y su receptor antiepiléptico Y2.
El año pasado, CG01 obtuvo la licencia de CombiGene de Spark Therapeutics, una empresa de terapia génica con sede en Filadelfia, Pensilvania. En ese momento, el director ejecutivo de CombiGene, Jan Nilsson, declaró: “Esperamos avanzar en esta terapia potencialmente transformadora junto con Spark para el beneficio de un grupo de pacientes que necesitan mejores tratamientos”.
La capacidad de manipular el vector de administración CG01 es clave para el potencial terapéutico del producto, comenta Martin Linhult, PhD, director de química, fabricación y control de CombiGene. Él explica que para que CG01 sea efectivo contra la epilepsia, CG01 necesita un AAV que pueda atravesar la barrera hematoencefálica y apuntar a un área pequeña del cerebro. Desarrollar un AAV que pueda realizar ambas tareas es todo un desafío. De hecho, según Linhult, convenció a CombiGene de la necesidad de colaborar con expertos.
Para fabricar los vectores para CG01, CombiGene utiliza la plataforma estándar basada en HEK293, que se utiliza ampliamente en el sector de la terapia génica para la producción de vectores de adenovirus y AAV. A medida que avanza el programa CG01, es probable que se revise la plataforma de producción de vectores, predice Linhult.
“Tenemos una tecnología de plataforma dominante: el plásmido triple en células HEK293 en suspensión”, afirma. “Sin embargo, el campo es bastante nuevo y solo se han aprobado unos pocos productos. Creo que se podría optimizar todo el proceso de producción”.
Evitando la respuesta inmune
El diseño de vectores también está ayudando a la industria a superar otro importante desafío técnico: la respuesta inmunitaria. “Mientras que los vectores AAV están entregando un gen terapéutico, las defensas del cuerpo humano responden a los virus modificados como lo harían con los naturales, como si fueran una amenaza potencialmente mortal”, explica Susan Faust, PhD, fundadora y directora ejecutiva de NxGEN Vector Solutions. . “Estas defensas han presentado un desafío sustancial para la terapia génica eficaz: ¿Cómo entregar la preciosa carga genética a las células sin activar la respuesta inmunitaria del cuerpo?
“El diseño de la cápside de AAV para escapar de la unión de anticuerpos neutralizantes y la eliminación de motivos de dinucleótidos CpG no metilados inmunoestimuladores del genoma del vector para evitar la señalización del receptor tipo Toll-9 y la activación inmunitaria son dos estrategias para administrar los genes curativos sin activar el sistema inmunitario del cuerpo. sistema, lo que da como resultado una transducción eficiente y una expresión transgénica duradera”.
Mejorar los resultados de los trasplantes
En NxGEN Vector Solutions, el diseño de vectores también es fundamental para otro proyecto: el uso de la terapia génica para aumentar las posibilidades de éxito del trasplante. “El rechazo crónico es una enfermedad progresiva, caracterizada por la proliferación de fibroblastos dentro del injerto, lo que promueve la fibrosis intersticial así como el engrosamiento y estrechamiento de los vasos coronarios, un proceso denominado vasculopatía asociada al trasplante”, dice Faust. “Estos cambios patológicos dan como resultado el deterioro de la función del injerto para el que no existe cura excepto el retrasplante, y se producirá un rechazo crónico a pesar de la administración de medicación antirrechazo”.
Una posible solución es la “tolerancia adquirida”, un proceso a través del cual un paciente puede volverse selectivamente insensible a los antígenos de un injerto dado, mientras que el resto de los mecanismos de defensa inmunitaria se mantienen intactos.2
“La terapia génica se desarrolló originalmente para tratar enfermedades con un patrón de herencia mendeliano simple, mediante el cual los pacientes a los que les faltan dos copias de un gen reciben un gen nuevo y saludable. [to bring about] una cura”, observa Fausto. “Por el contrario, la tolerancia adquirida era el objetivo de nuestra plataforma de terapia génica”.
Según Faust, NxGEN Vector Solutions ya ha demostrado el potencial de la idea. “Hemos demostrado que la terapia génica se puede emplear para modular el sistema inmunitario a fin de prevenir el rechazo crónico sin necesidad de medicación antirrechazo de por vida”, explica. “El rechazo crónico ocurre a pesar de la administración de medicamentos antirrechazo, y la inmunosupresión sistémica a largo plazo de los pacientes puede provocar daño renal, diabetes, insuficiencia cardíaca, cáncer y una mayor susceptibilidad a la enfermedad”.
Referencias
1. Jackson DA, Symons RH, Berg P. Método bioquímico para insertar nueva información genética en el ADN del virus simio 40: moléculas circulares de ADN SV40 que contienen genes del fago lambda y el operón galactosa de Escherichia coli. proc. nacional Academia ciencia Estados Unidos 1972; 69(10): 2904–2909. DOI: 10.1073/pnas.69.10.2904.
2. Brent L. El descubrimiento de la tolerancia inmunológica. Tararear. inmunol. 1997; 52(2): 75–81. DOI: 10.1016/S0198-8859(96)00289-3.
Source: news.google.com